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1、462005,No.12化学与生物工程Chemistry&Bioengineering纳米二氧化钛光催化降解苯酚的实验研究及动力学分析王君(安徽理工大学化工系,安徽淮南232001)摘要:以锐钛矿二氧化钛为光催化剂,研究了不同苯酚起始浓度的水溶液在290nm紫外光辐照下降解苯酚的效-1果及动力学方程。结果表明:苯酚起始浓度在20～80mg·L之间均具有较好的降解效果,降解符合一级反应规律,速率常数随苯酚起始浓度的增大而减小。关键词:二氧化钛;光催化;苯酚中图分类号:O6251312文献标识码:A文章编号:1672-5425(2005)
2、12-0046-02-1-1-1多相半导体光催化因其能够完全破坏污染空气和40mg·L、60mg·L、80mg·L的苯酚水溶液废水中的各种有机物和无机物而成为引人注目和可能250mL置于500mL烧杯中,同时加入011g纳米二氧广泛应用的新技术。它不仅具有生物降解所不可比拟化钛,磁力搅拌,光化学灯从上方辐照。每隔20min取的速度快、无选择性、降解完全等优点,又在价廉、无样10mL离心分离,取上清液测定其COD浓度。测定[8～10]毒、可以长期使用等方面明显优于传统的化学氧化方COD采用分光光度法。[1～3]法,因而倍受人们的关注。以
3、半导体氧化物为催2结果与分析化剂的多相光催化过程以其可在室温下进行、可直接利用太阳光、可将几乎全部有机污染物矿化、并且不产不同起始浓度的苯酚水溶液在不同光解时间的生二次污染等独特性能而成为一种理想的环境污染治COD浓度如表1所示。理技术。用于光催化氧化的半导体催化剂较多,如:表1不同起始浓度的苯酚水溶液在不同-1TiO2、ZnO、Fe2O3、CdS、ZnS等,其中TiO2因氧化能光解时间的COD浓度/mg·L力强、催化活性高和生物、化学、光化学稳定性好等优Tab.1CODconcentrationofphenolwatersoluti
4、onwith[4～7]differentinitialphenolconcentrationatvarious势,一直处于光催化研究的核心地位。作者以纳-1photocatalyticdegradationtime/mg·L米二氧化钛为光催化剂,研究其在290nm光化学灯的起始浓度c-10/mg·L照射下光催化降解苯酚的效果及动力学规律。时间/min20304060801实验048112701989611314015020316220351705314073140108185160130111仪器及药品4026148401165519
5、784134126120722型光栅分光光度计,7923型磁力恒温搅拌器,601916430110421726513599134YXJ21型低速离心沉淀机,DB22型电热板,紫外灯801510022172301775016378122(290nm)等。锐钛矿纳米TiO2,江苏泰兴纳米材料有限公司;由表1可见在所研究的苯酚起始浓度范围内,随苯酚,分析纯,宜兴市第二化学试剂厂;重铬酸钾,分析着反应的进行,水溶液的COD浓度均不断下降,可见纯;邻苯二酸氢钾,优级纯;硫酸,分析纯。纳米二氧化钛光催化降解效果很好。80min以后停止112方案设
6、计实验,一是考虑到若继续实验,则取样消耗过多,可能-1-1配制起始浓度分别为20mg·L、30mg·L、对反应体系造成较大影响,二是考虑到研究起始反应基金项目:安徽理工大学硕博基金,安徽理工大学青年基金收稿日期:2005-08-03作者简介:王君(1971-),男,安徽金寨人,讲师,在读博士,研究方向:环境工程。王君:纳米二氧化钛光催化降解苯酚的实验研究及动力学分析/2005年第12期47动力学5组数据已足够。大而减小。从一级反应的数学表达式分析,是因为随假设光催化降解反应为一级反应,则以ln(c0/c)苯酚起始浓度增大,在相同的反应
7、时间,c0/c比值减对时间作图应为一条直线,斜率为反应速率常数。不小,即c的增加幅度大于c0。换句话说,初始浓度增同起始浓度的光解反应的ln(c0/c)列于表2,对时间作大,降解速率反而减小,从紫外光的利用率来看,这可图的结果见图1。能是溶液浓度增高,使反应的量子产率降低的缘故。表2不同起始浓度的光解反应的ln(c0/c)3结论Tab.2ln(c0/c)ofphotocatalyticdegradationofphenolwatersolutionwithdifferentinitialphenolconcentration以锐钛矿二
8、氧化钛为光催化剂在290nm光化学起始浓度/mg·L-1灯辐照下使苯酚降解,发现苯酚起始浓度在20～时间/min80mg·L-1范围内均具有较好的降解效果。动力学2030406080研究表明,降解反应为一级反应,且速率常
