掺杂金属阳离子纳米TiO2光催化降解水中有机污染物【精品论文】

掺杂金属阳离子纳米TiO2光催化降解水中有机污染物【精品论文】 掺杂金属阳离子纳米TiO2光催化降解水中有机污染物"padding:0px;font- size:14px;line-height:180%;clear:both;" align=left> 3+2+2+摘要:通过溶胶——凝胶法制备了掺杂Fe、Zn、Cu的纳米级TiO，并进行23+2+2+了XRD、TEM表征，对染料废水、苯酚的光催化实验表明，Fe、Zn、Cu的掺杂能明显提高TiO，的光催化活性，提高了有机物的降解率. 2 关键词:掺杂 纳米TiO2 光催化降解 有机污染物 TiO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2 性剂、氰化物等废水均取得了较好的效果。但是由于TiO光催化剂本身的一些2 缺陷，限制了其应用。一是其禁带较宽，只能对紫外光有响应，而且电子和空穴容易复合，所以催化效率较低;二是TiO纳米粉的回收较为困难，难以循环2 使用。对于上述问题，众多对TiO改性的研究发现，金属离子掺杂是提高TiO22 [1，2，3]光催化活性的一种有效手段。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，TiO吸收带也会发2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TiO的光催化2活性。 1. 仪器及试剂 3C精密pH计(上海雷磁仪器25W紫外灯(江阴市光电仪器有限公司);pHS— 厂)BD—86型X射线衍射(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))(CP);4异丙醇(AR)。处理的有机废水为:某厂提供的染料废水，其COD值为Cr925mg/L; 某厂提供的含酚废水，其COD值为280mg/L。 Cr 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(NO)33溶液、Zn(NO)溶液、Cu(NO)溶液于剧烈搅拌下缓慢滴入上述溶液中(30滴3232 /min)，控制各组份的摩尔比为:钛酸丁酯:异丙醇: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3+2+2+得到掺杂Fe、Zn、Cu摩尔百分数均为0.5%的TiO纳米粉末。 2 以去离子水代替掺杂离子的盐溶液，按上述同样 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 制备未掺杂的TiO。 21.2 分析方法 有机物废水的COD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Cr 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，每次加入一定量的有机废水，同时加入一定量的TiO光催化剂。反应器套在铝箔罩中，在25W紫外光照射下，可任2 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COD值，即可Cr求出在不同反应条件下有机废水的COD去除率。 Cr 2. 结果与讨论 2.1 光催化剂的表征 2.1.1 TiOXRD图谱分析 2 3+2+2+图1给出掺杂Fe、Zn和Cu的TiO以及未掺杂的TiO的XRD图谱。未掺杂223+2+TiO和掺杂Fe、Zn的TiOXRD图谱没有明显的区别，都是单一的锐钛型;而222+2+掺杂Cu的TiO的XRD图谱上则出现了金红石型的衍射峰，说明Cu的掺杂促22+进了TiO由锐钛型向金红石型转变。在参杂TiO的XRD图谱上均未出现Zn或223+Fe的衍射峰，表明掺杂离子已进入TiO的晶格。 2 图1 不同掺杂TiO的XRD图 2 Fig.1 XRD fig. Of different doped TiO 2(1)—undoped TiO; (2)—iron-doped TiO; 22 (3)—zine-doped TiO; (4)—copper-doped TiO 22 2.1.2 TiOTEM图谱分析 2 表1列出了TEM测得的所制备的4种TiO光催化剂的粒径。未掺杂TiO的粒径223+2+2+约为27nm，掺杂Fe、Zn、Cu后TiO的粒径都有不同程度地减小，其中掺杂23+3+Fe最明显，使TiO的粒径减小了14nm，同时由于粒径减小，掺杂Fe的TiO22的分散性能降低，TEM观察到其有明显的团聚现象。 3+2+2+表1 未掺杂TiO与掺杂Fe、Zn和Cu的TiO的粒径 22 Table1 The Size of Undoped TiO and Iron, Zine, Copper-Doped TiO 22 3+2+2+Catalyst Undoped TiO Fe/TiO Zn/TiO Cu/TiO 2222 Size(nm) 27 13 24 21 2.2 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COD值，结果见表2。 Cr 表2 对染料废水COD去除率的比较 Cr Table2 The compare of CODclean rate in dye waste water Cr Undoped 3+2+2+Catalyst /TiO Zn/TiO Cu/TiO Fe222TiO 2 COD before treatedCr925 925 925 925 (mg/L) COD after Cr255.3 52.7 59.2 78.6 treated(mg/L) COD cleaning Cr72.4 94.3 93.6 91.5 rate(%) 取一定量的含酚废水与反应器中(废水pH为5.6)，四种催化剂投加量均为1g/L,光距为75mm，反应60min后，测其COD值，结果见表3。 Cr 表3 对含酚废水COD去除率的比较 Cr Table3 The compare of CODclean rate in phenol Cr Undoped 3+2+2+Catalyst /TiO Zn/TiO Cu/TiO Fe222TiO 2 COD before treatedCr280 280 280 280 (mg/L) COD after treatedCr90.04 19.3 21.6 24.1 (mg/L) COD cleaning 65.7 93.1 92.3 91.4 Cr rate(%) 3+2+2+表2、表3的结果表明，在TiO中掺杂Fe、Zn和Cu，可大大提高有机物的23+2+2+3+2+2+去除率。这是因为Fe、Zn和Cu均为电子接受体，由于Fe、Zn和Cu对电子的争夺，减少了TiO表面电子—空穴对的复合，从而使TiO表面产生了更多22[4]3+-的?OH和O，使有机物去除率提高较快。同时，Fe能够吸附在TiO粉体上，22[5]产生氧气高效生成的现象，这也有助于提高去除率。 2.3 pH值对含酚废水降解率的影响 废水的pH值对于催化剂粒子的表面电荷、极性、粒子大小和状态有着一定的影3+响，因此它对光催化氧化反应有一定的影响。选用掺Fe的TiO作催化剂，试2验条件同上，在不同pH值条件下测含酚废水的COD去除率，其结果如图2所Cr 示。图2中取样点的pH值分别为2、3、4、5、6、7、8、9、10。 从图2可以看出，废水偏酸或偏碱性都能提高COD去除率。值得一提的是，当Cr 溶液的pH值大于10或小于1时，悬浮液无法分离这是由于溶液pH值能改变TiO颗粒表面的电荷，从而改变颗粒在溶液中的分散情况。当溶液pH值接近2 TiO等当点时，由于范德华力的作用，颗粒之间容易团聚形成大颗粒。在水中2[6]TiO的等当点大约是pH=3，当悬浮液pH值远离等当点时，由于颗粒相互间的2 排斥力，粒子在溶液中的分散性很好，去除率也更高。根据光催化氧化的反应-机理，OH?可以有不同的来源，高pH值条件下，OH?易通过OH直接迁移至光+活性的TiO表面，进而俘获光生空穴而产生;低pH值条件下，OH?易通过H2-与被吸附O系列结合，在形成HO的基础上进一步反应生成，而许多研究认为，222-[7，8]OH更易通过后一种途径产生。 3. 结论 3+2+2+通过凝胶—溶胶法合成掺杂Fe、Zn和Cu的纳米级TiO，对水中有机污染物23+2+2+光催化实验及理论分析表明，在TiO中掺杂Fe、Zn和Cu3种金属阳离子将2 会使光催化的效果增强。同时，水体pH值的升高或降低对光催化降解有促进作用。 光催化氧化技术作为一种新兴的水处理技术，具有氧化彻底、节能、无二次污 染等优点，二氧化钛悬浮体系中，二氧化钛具有较好的混合状态，因而具有较 高的去除率。 参考文献 【1】 陈晓青，杨娟玉，蒋新宇等。掺铁TiO纳米微粒的制备及光催化性能2 [J]。 应用化学，2003, 20(1): 73~76 【2】 Choiw.，Termin A.，Hoffmamm M.R. 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