掺杂金属阳离子纳米TiO2光催化降解水中有机污染物.doc

《掺杂金属阳离子纳米TiO2光催化降解水中有机污染物.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、掺杂金属阳离子纳米TiO2光催化降解水中有机污染物摘要：通过溶胶——凝胶法制备了掺杂Fe3+、Zn2+、Cu2+的纳米级TiO2，并进行了XRD、TEM表征，对染料废水、苯酚的光催化实验表明，Fe3+、Zn2+、Cu2+的掺杂能明显提高TiO2，的光催化活性，提高了有机物的降解率.关键词：掺杂纳米TiO2光催化降解有机污染物TiO2光催化氧化染料废水、含酚废水、农药、医药废水、含油废水、含表面活性剂、氰化物等废水均取得了较好的效果。但是由于TiO2光催化剂本身的一些缺陷，限制了其应用。一是其禁带较宽，只能对

2、紫外光有响应，而且电子和空穴容易复合，所以催化效率较低；二是TiO2纳米粉的回收较为困难，难以循环使用。对于上述问题，众多对TiO2改性的研究发现，金属离子掺杂是提高TiO2光催化活性的一种有效手段[1，2，3]。从化学观点看，掺杂金属离子有利于光生电子和空穴的分离，提高其离子效率。此外参杂金属离子后，TiO2吸收带也会发生红移，又可使其吸光范围向可见光区拓宽，这两效应均可提高TiO2的光催化活性。1.仪器及试剂25W紫外灯（江阴市光电仪器有限公司）；pHS—3C精密pH计（上海雷磁仪器厂）BD—86型X射

3、线衍射（XRD）仪（日本理光公司）；JEM—100SX型透射电子显微（日本理光公司）；自制光化学反应器；钛酸丁酯（TiO(Bu)4）(CP)；异丙醇（AR）。处理的有机废水为：某厂提供的染料废水，其CODCr值为925mg/L;某厂提供的含酚废水，其CODCr值为280mg/L。1.1催化剂的制备将钛酸丁酯与异丙醇按一定比例混合，用HCl调节pH为3左右，将Fe(NO3)3溶液、Zn(NO3)2溶液、Cu(NO3)2溶液于剧烈搅拌下缓慢滴入上述溶液中（30滴/min），控制各组份的摩尔比为：钛酸丁酯:异丙醇

4、:去离子水:掺杂物质=1:2:4:0.005。静置几分钟后呈白色半透明溶胶，80℃下真空干燥一段时间后得到干凝胶粉末，于马福炉中500℃下煅烧2h，自然冷却后在玛瑙研钵中研磨得到掺杂Fe3+、Zn2+、Cu2+摩尔百分数均为0.5%的TiO2纳米粉末。以去离子水代替掺杂离子的盐溶液，按上述同样方法制备未掺杂的TiO2。1.2分析方法7有机物废水的CODCr采用国家环保局和废水分析监测方法委员会主编的《水和废水监测分析方法》中的重铬酸钾法进行测定。1.3实验方法光催化降解反应在自制的反应器中进行，每次加入一定

5、量的有机废水，同时加入一定量的TiO2光催化剂。反应器套在铝箔罩中，在25W紫外光照射下，可任意调节光距，在稳定光源条件下反应，隔一定时间取水样测定其CODCr值，即可求出在不同反应条件下有机废水的CODCr去除率。2.结果与讨论2.1光催化剂的表征2.1.1TiO2XRD图谱分析图1给出掺杂Fe3+、Zn2+和Cu2+的TiO2以及未掺杂的TiO2的XRD图谱。未掺杂TiO2和掺杂Fe3+、Zn2+的TiO2XRD图谱没有明显的区别，都是单一的锐钛型；而掺杂Cu2+的TiO2的XRD图谱上则出现了金红石型

6、的衍射峰，说明Cu2+的掺杂促进了TiO2由锐钛型向金红石型转变。在参杂TiO2的XRD图谱上均未出现Zn2+或Fe3+的衍射峰，表明掺杂离子已进入TiO2的晶格。图1不同掺杂TiO2的XRD图Fig.1XRDfig.OfdifferentdopedTiO2(1)—undopedTiO2;(2)—iron-dopedTiO2;(3)—zine-dopedTiO2;(4)—copper-dopedTiO22.1.2TiO2TEM图谱分析表1列出了TEM测得的所制备的4种TiO2光催化剂的粒径。未掺杂TiO2的

7、粒径约为27nm，掺杂Fe3+、Zn2+、Cu2+后TiO2的粒径都有不同程度地减小，其中掺杂Fe3+­­最明显，使TiO2的粒径减小了14nm，同时由于粒径减小，掺杂Fe3+的TiO2的分散性能降低，TEM观察到其有明显的团聚现象。表1未掺杂TiO2与掺杂Fe3+、Zn2+和Cu2+的TiO2的粒径Table1TheSizeofUndopedTiO2andIron,Zine,Copper-DopedTiO27CatalystUndopedTiO2Fe3+/TiO2Zn2+/TiO2Cu2+

8、/TiO2Size(nm)271324212.2四种催化剂对有机废水光催化降解效率的比较取一定量的印染废水于反应器中（废水的pH为8），四种催化剂投加量均为1g/L，光距为75mm，反应60min后，测其CODCr值，结果见表2。表2对染料废水CODCr去除率的比较Table2ThecompareofCODCrcleanrateindyewastewaterCatalystUndopedTiO2Fe3+/TiO2