泡沫镍负载TiO2光催化降解丙酮研究.pdf

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1、泡沫镍负载Tio光耀化降解丙酮研究丁时锋等2泡沫镍负载TiO光催化降解丙酮研究2丁时锋唐超群(华中科技大学物理系武汉430074)摘要:以10W直管紫外杀菌灯为光源固定在泡沫镍上的TiO2为催化剂研究了低沸点有机小分子污染物的光催化降解行为G以丙酮为光催化降解对象结果表明丙酮的降解符合准一级动力学方程并研究了多种因素对丙酮的光催化降解的影响并对实验现象加以解释G实验还对类似于丙酮的低沸点有机污染物设计了一种新颖的光催化反应器G关键词:二氧化钛;光催化;丙酮;泡沫镍;水处理中图分类号:X78文献标识码:A文章编号:1003-6504(2002)

2、增-0003-03光催化法是20世纪70年代发展起来的新型现代TiO2粉6g溶于400mL的去离子水中用超声振荡分水处理技术它与传统水处理的污染物物理吸咐及过散约20minG采用电泳沉积的方法将TiO粉沉积到镍2滤法相比具有工艺简单~成本较低~可以在常温常压网上在一定的温度烧结得固化效果较好的涂层G下使大多数不能或难于生物降解的有毒有机物氧化分1.3光催化性能测试与表征解彻底矿化[1]丙酮是一种典型的有机小分子物质其羰基团除G由于二氧化钛具有抗化学和光腐蚀~无毒和催化活性高~价廉等优点而研究得最多G但相当含有一对G-电子外还有一对T-电子和两

3、对不成键多的研究是在悬浮体系中进行由于存在催化剂分离电子(n和电子)G饱和的酮的第三个吸收谱带(R-和回收困难~成本太高而限制了其在实际中的应用只谱带)在靠近紫外区270-300nm区域出现[4]G用UV-能作为一种实验室机理性研究GVis分光光度计进行特定波段的扫描(190-400nm)丙酮是一种典型的有机小分子污染物在实验室测得其最大吸收峰位7为264nm以264nm处样品吸和工厂中大量用作溶剂用后如果不加以处理会造成光值变化来求得剩余浓度G实验方法如下:以长为较大的环境污染G本工作以高孔隙率的泡沫镍作为催300mm宽为100mm高为30

4、mm的不锈钢质容器为化剂载体以丙酮溶液的光催化降解为例进行了一系液相反应器采用直流泵以200mL/min的流速让丙酮列研究G目的是深入考察各方面因素对反应过程的影溶液流过多孔镍负载网上反应初始~值为7.00.响从而为实际应用提供工艺条件及参数G1环境温度1820C测试在10W紫外光照下丙酮水溶液的光解情况G每经过固定的光照时间取样分析1实验方法测试后倒回原母液G1.1仪器及试剂2结果与讨论10W紫外杀菌灯(主要工作波长为254nm);WFZ-26A紫外可见分光光度计;CFS-250-5超声2.1降解率与实验时间的关系波发生器;自制光催化反应器

5、G采用0.125mol/L的丙酮溶液经不同光照时间降解结果见图1G实验条件为:TiO担载量为:5mg/cm2丙酮~双氧水(所用试剂均为分析纯);实验用去离2子水G丙酮溶液250mL光源10WG结果表明吸光度从一开始就慢慢下降从t=0min到t=10min丙酮的吸光度1.2催化剂的制备与固化采用溶胶-凝胶法来制备纳米TiO形成的湿凝没有上升说明反应过程中没有中间产物生成G经过2胶在60C下干燥得到的干凝胶在400C下恒温焙烧6h的光照催化降解率为76.66几乎降解完备G3h随炉冷却G最后制得的TiO2的粒径平均为2.2催化剂用量的影响[2]采用

6、了不同担载量的TiO2来对比作实验图2的9.7nmG曲线说明在空白镍网上丙酮的光降解可以忽略(2h由于TiO是一种n型半导体在溶剂中分散后2不到3)而光和TiO存在下丙酮降解较快故丙酮在电场作用下TiO超微粒会向负极迁移[3]22G实验中称的降解主要是由光催化引起的G加入少量TiO后紫2作者简介:丁时锋(1975-)男硕士生研究方向为纳米功能材料物性外光的照射在催化剂表面产生电子-空穴对电子被及其应用G吸附在光催化剂表面的溶解氧俘获形成O而空穴2--3-第25卷增刊2002年12月组分如质子~O~-1~非离解的丙酮分子和无机离子等在TiO2表

7、面的竞争吸附不同亦影响降解速率O10.125moL/c的丙酮溶液经不同光照时间的释解曲线图3溶液初始p~值对降解率的影响实验采用盐酸和氢氧化钠溶液来调节溶液的p~值O当p~值为3*5时由于无机Cl-1和丙酮分子的竞争吸咐减小了催化剂与污染物的接合机率;当P~值达到10以上时O~-1浓度加大从而增加了其在2表面的吸咐量O~生成量增多(通过俘获光TiO生空穴产生)故反应速率增大很快O图2催化剂用量对光降解率的影响2.5~2O2浓度对光降解的影响:则将吸附在其表面的O~和~氧化成O~实验条件同2.1固定光照时间210min改变-2OO~足以氧化包括

8、丙酮在内的绝大多数有机物最终~2O2的浓度每隔30min取样一次来测定丙酮的浓生成CO等O当TiO的担载量由3.6mg/cm2增度得到降解率曲线图如图4O2~~2O