二氧化钛膜光催化氧化苯酚的动力学规律论文

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1、二氧化钛膜光催化氧化苯酚的动力学规律论文.freel的紫外光杀菌灯或主波长为365nm的黑光灯作为光源，研究了二氧化钛(TiO2)膜光催化氧化苯酚水溶液的动力学规律。结果表明：TiO2膜光催化氧化苯酚水溶液的动力学可以用LangmuirHinshelg/L)的情况下，杀菌灯光催化氧化苯酚水溶液表现为一级反应动力学规律；不管哪种光源，TiO2膜光催化矿化起始浓度7.40mg/L苯酚水溶液的过程均服从一级反应动力学。关键词：二氧化钛光催化氧化酚水溶液动力学方程对大多数有机物分子而言，光催化反应以表面作用为主。有机物在催化剂表面被氧化要经过扩散、吸附、表

2、面反应以及脱附等步骤。对采用二氧化钛(TiO2)膜的固定相光催化反应，扩散过程可能成为速度控制步骤。在通过控制流速消除了扩散的影响后.freeluir公式求得，式(1)可最终变为1/r=1/kKA·1/CA·1/k式中KA--A在TiO2表面的吸附平衡常数CA--A的浓度上式即为LangmuirHinshel的紫外光杀菌灯或主波长365nm的黑光灯作光源。酚浓度采用4-氨基安替比林直接光度法测定［2］。2实验结果与讨论2.1光催化动力学规律苯酚水溶液在黑光灯/TiO2膜处理方式下的降解规律与L-H方程揭示的随反应物浓度减少，反应的级数将由零级逐渐过

3、渡到一级的动力学变化过程十分吻合。酚浓度与处理时间的关系见图1。在较高起始浓度时，表现为零级反应动力学，C-t为直线关系。而对起始浓度3.60mg/L和2.40mg/L的苯酚水溶液，在60min以后，其C-t图偏离了直线。但图2反映出此时其ln(C0/C)-t之间服从直线关系，表明已转变为一级反应。表1和表2分别给出了利用最小二乘法求得的黑光灯/TiO2膜光催化氧化不同浓度苯酚水溶液时的零级反应动力学方程或一级反应动力学方程和相关系数以及相应的表观速率常数和半衰期。可见，表观零级速率常数在误差范围内近似相等，表明在起始浓度较高时，光催化氧化的反应速

4、率与反应物的浓度无关，而只与催化剂表面的状态有关。随起始浓度的增大，苯酚降解的半衰期增大。表1不同起始浓度的零级反应动力学方程及参数起始浓度（mg/L）零级反应动力学方程rk0mg/(L.min)t0.5(min)16.90C=16.93-0.387t0.99450.0387294.437.40C=7.33-0.263t0.99890.263140.685.50C=5.47-0.0316t0.99940.31687.03表2浓度2.40、3.60mg/L时一级反应动力学方程及参数起始浓度（mg/L)一级反应动力学方程rk1(min-1)t0.5(m

5、in)3.60ln(C0/C)=-0.0743+0.0118t0.98870.011858.732.40kn/(C0/C)=-0.0590+0.0150t0.99570.015046.20杀菌灯/TiO2膜处理方式下，苯酚的光催化氧化在实验采用的相当宽的起始浓度范围内均表现为一级反应动力学，实验结果见图3和表3。表3不同起始浓度时的一级反应动力学起始浓度（mg/L)一级反应动力学方程rk1(min-1)t0.5(min)2.40ln/(C0/C)=-0.1479+0.0748t0.99830.07489.265.40ln/(C0/C)=-0.098

6、0+00343t0.99590.34320.207.40ln/(C0/C)=0.1811+0.0292t0.99230.29223.7510.60ln/(C0/C)=-0.1161+0.0215t0.99370.21532.2316.90ln/(C0/C)=-0.0110+0.0144t0.99900.014448.09杀菌灯/TiO2膜光催化氧化苯酚水溶液时，均相光解动力学对总反应动力学规律的影响是不容忽视的。为此，研究了杀菌灯光解苯酚水溶液的动力学规律。如图4所示，杀菌灯光解不同起始浓度苯酚水溶液时的反应规律符合一级动力学。在起始浓度范围基本相

7、同的条件下(2.40～16.90mg/L)，杀菌灯/TiO2膜光催化氧化苯酚水溶液没有表现出与黑光灯/TiO2膜光催化时相同的动力学变化过程。究其原因，除了杀菌灯光子能量高之外，短波紫外光的光解作用对纯粹的光催化氧化反应的干扰是显而易见的。表4比较了杀菌灯光催化和杀菌灯光解苯酚水溶液时的表观一级反应速率常数和起始反应速率。可见，对起始浓度较高的苯酚水溶液，杀菌灯光催化与杀菌灯光解的表观一级反应速率常数和起始降解速率相差不多，说明大量苯酚分子对光的吸收导致TiO2膜接受的光子数量减少，此时的反应以光解为主。而对起始浓度较低的苯酚水溶液，杀菌灯光催化的

8、表观一级反应速率常数与起始降解速率均远高于杀菌灯光解的对应值，说明此时有足够多的光子激发TiO2催化剂，光路距离未受影响