cdotio2负载型光催化剂降解染料酸性媒介红b的研究

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1、万方数据万方数据28水处理技术第31卷第4期剂的载玻片水平放置在反应容器底部，模拟废液采用酸性媒介红B(天津市吉帝化工厂)染料溶液，降解过程中溶液一直处于电磁搅拌下，使反应上下液充分均匀混合，不人为加入空气或氧气，反应液体积为500mL，每隔1h取样分析。同时做空白和暗对照。1．3分析方法采用UV．8500紫外可见分光光度计(上海天美科学仪器有限公司)测定反应液的吸收光谱，根据最大吸收波长474姗处的吸光度计算酸性媒介红B溶液浓度的变化。脱色率(们计算公式为：町=华％(1)^O式中A。为反应初始时溶液的吸光度，A。为反应t时间后溶液的吸光度。2结果与讨论2．1叫0掺杂量对光催化活性

2、的影响图l是掺杂不同量cdO的负载型催化剂对染料的光催化降解曲线。可以看到，掺有Cd的催化剂的光催化活性高于未掺杂的催化剂。TiO：的价带和导带的氧化．还原电位分别是3．0V、．0．2V，Cdo的价带和导带的氧化．还原电位分别是2．2V、0．1V，见图2。盆一槲黠世．2删-4_6．8反应时间(h)图lCdO掺杂量对光催化活性的影响真空Tio)一CdO—e．／——＼e．一、T一_h+h+口O重话24图2TiO：和CdO的带边位置半导体的光催化活性主要取决于价带和导带的氧化一还原电位：价带的氧化。还原电位越正，光生空穴(h+)的氧化能力越强；导带的氧化．还原电位越负，光生电子(e一)的

3、还原能力越强。当用足够激发能量的光照射时，TiO：和Cdo同时发生带间跃迁，能量较高的TiO：导带电子可转移至能量较低的C(10导带，而TiO：导带电子比CdO导带电子有更强的还原性，可优先与CdO价带空穴反应而不能回到TiO：价带。光生e一一h村得到有效分离；降低了简单复合的概率。在图3的XRD图谱中，少量掺杂和煅烧温度一定时，Cd掺杂的TiO：没有出现异相峰，显示出与TiO：相似的物相。掺杂的Cd2+很可能以嵌入或替代的方式进入TiO：晶格内部，与TiO：形成均匀的固熔体c7】；CdO的禁带宽度(2．1eV)远小于TiO：的禁带宽度(3．2eV)，由于能级相互作用，两种半导体复

4、合后的禁带宽度会介于二者之间，使TiO：的光激发更易于进行。另外，C矿的外层电子处于全充满状态，比较稳定，不容易和电子结合，而易于通过电荷作用力把e。吸引在它的外卧8]，减少了e一和h+复合，提高了量子效率。但是，从图1也可以看到，随着Cd掺杂量的增加，光催化活性不是一直增加，而是有一个最高点。0．04CdO．TiO：的活性最高，反应lh的降解率为64％，是用纯Ti0：时的降解率(18．6％)的3倍多。由)(】如图谱(图3)可以看到，Cd掺入量为0．06摩尔比时，出现了CdTiO，的衍射峰(2e为31．060和34．250)，它对TiO：的光生电子一空穴有复合作用[7】，能降低光催

5、化剂的反应活性。彷L3赵慧靛罂20304U5U6U7U衍射角20(。)图3CdDTi02的Ⅺ∞图谱A_锐钛矿；R．金红石；B．板钛矿；CdTi03．CdTi0，2．2煅烧温度和时间的影响煅烧温度和时间影响晶粒的生长过程及晶型，对光催化活性有较大影响。图4是各温度下煅烧1h的催化剂对染料的降解曲线。可以看到，550℃煅烧时催化剂的光催化活性最万方数据万方数据30水处理技术第31卷第4期众多研究表明，光催化降解反应符合一级反应规律。设反应遵循准一级动力学方程[9】，即一dC^／出=lj}[CA】(2)式中，七一准一级反应速率常数miIl～，G一溶质的浓度m扎。式(2)移项积分可得lnc

6、A=一．

7、}t+C(3)式中，C为积分常数。处理后可得到式(4)ln(1一yt)=一J

8、}f十曰(4)式中，yt一反应时间为￡时的降解率，B一不同于C的积分常数。根据阿伦尼乌斯方程：砒一鲁。专删(5)．其中，眈一反应的活化能，№1次一常数，R=8．314J／m01．埒丁一绝对温度，I泓一常数。以lm对1仃作图，得到图8。由图可得，婴_2551．6“Eo=21214．0J／mol=21．2kJ／mol即反应的活化能为21．2kJ／m01。该活化能低于一般化学反应的活化能(60～250U佃01)，说明光催1／T(1／K)图8ln．

9、}．1／r图化反应更易进行。3结论CdO的掺入可提高光

10、催化活性，反应lh时降解率是未掺杂负载型光催化剂的3倍多。最佳掺杂量为O．04(摩尔比)，550℃煅烧0．5h，涂覆5次时催化活性最高，此时每片载玻片上的负载量为19mg左右。，，降解液pH值调为5时，光降解效果最好；未调节pH值的原始条件下，光催化剂的活性最高。光催化降解染料酸性媒介红B的反应为准一级反应，常温下(25℃)时反应速率常数为O．0095min-·，经计算反应的活化能是21．2kJ／mol，低于一般化学反应的活化能。参考文献：【1】祝万鹏，王利，杨志华，