二氧化鈦光催化降解有機污染物的性能研究報告

1、-二氧化鈦光催化降解有機污染物的性能研究摘 要本文以鈦酸四丁酯為鈦源，采取水熱法制備了二氧化鈦納米材料，用*射線衍射，電子掃描電鏡等方法對合成的TiO2進展表征。實驗研究了在模擬自然光條件下納米二氧化鈦降解亞甲基藍的光催化行為，優(yōu)化了實驗條件如溫度、二氧化鈦光催化劑的用量對光催化降解的影響。實驗結果說明，常溫下，對于40mg/mL的亞甲基藍溶液，參加10mg的TiO2，光催化降解40min，降解率可到達89，但是在此根底上改變用量都會導致光催化降解率的降低。關鍵詞：納米二氧化鈦 水熱法 光催化降解 亞甲基藍. z-Properties of organic pollutants Photoca

2、talytic DegradationABSTRACTIn this paper, titanium dio*ide was prepared by hydrothermal method to prepare rutile titanium dio*ide nanorods by using four butyl titanate as titanium source. On the basis of this study, the photocatalytic degradation of methylene blue under infrared light is studied. An

3、d through the adjustment of the e*perimental conditions such as temperature, pH, the amount of photocatalyst, it was concluded that the relative optimum conditions of photocatalytic degradation of methylene blue were obtained. In addition, by *-ray diffraction, cyclic voltammetry and scanning electr

4、on microscope (SEM) method of TiO2 nano meter sticks from the phase and microstructure were characterized. The e*perimental results show that the room temperature and for 40mg / mL of methylene blue solution, adding more than 1.0g of TiO2 photocatalytic degradation catalyst reaction 20MIN can achiev

5、e 89% of the degradation rate, but with the amount of catalyst increase and decrease, the degradation efficiency of catalyst will reduce, so the photocatalytic degradation should pay attention to the usage of catalyst, should not be too much, also should not be too little.KeywordsRutile Titanium Dio

6、*ide hydrothermal Photocatalytic Degradation of methylene blue. z-目 錄一 緒論11.1 前言11.2 納米TiO2催化劑合成21.2.1氣相法21.2.2 液相法31.2.3 水熱法51.2.4 納米TiO2的微觀構造6光催化降解原理71.3納米TiO2在廢水處理上的應用81.3.1含油廢水81.3.2制藥廢水91.3.3印染廢水91.3.4造紙廢水91.3.5外表活性劑廢水91.3.6垃圾滲濾液101.3.7重金屬廢水101.3.8無機非金屬廢水101.4 本文的研究意義，目的以及容10第2章 實驗局部122.1實驗藥品與儀

7、器122.2 TiO2的合成與制備122.3 TiO2光催化實驗132.3.1 實驗裝置的搭建132.3.2亞甲基藍光催化降解實驗14第3章 實驗結果與討論163.1TiO2的構造表征163.1.1 *-射線衍射*RD16掃描電鏡SEM163.2 亞甲基藍的標準曲線173.2不同溫度下亞甲基藍的降解情況183.3不同催化劑濃度下亞甲基藍的降解率19. z-3.4 實驗體會19結論20致21參考文獻22. z-. z-. z-一 緒論1.1 前言隨著染料產(chǎn)業(yè)方面的迅速開展，工業(yè)染料所產(chǎn)生的廢水對自然環(huán)境造成的污染已成為人們必須解決的嚴峻問題。廢水中的污染物由于物質(zhì)構造復雜，性質(zhì)穩(wěn)定，難以進展很好

8、的降解。亞甲基藍是一種應用廣泛的工業(yè)染料，且傳統(tǒng)的降解處理方式難以對亞甲基藍產(chǎn)生足夠的降解效果。亞甲基藍造成污染危害巨大，治理難度高。工業(yè)上去除有機類工業(yè)污染廢水的方法十分多樣，最先提出的物理方法并不是有效的污水處理方法，因為他們僅僅將有機污染物從水體中轉(zhuǎn)移到其他物體中，而不能做到完全降解有機污染物，而且有些方法還會產(chǎn)生二次水體的污染。生物處理的方法雖然可以破壞，降解有機物染污，但是其降解周期長，難以降解構造復雜的污染物，且污水處理池占地面積大，限制了在工業(yè)上的應用。因此，化學法應運而生?；瘜W法因可以氧化，降解水中的有機污染物而收到了廣泛的關注，但是一些常用的氧化劑H2O2 KMnO4價格昂貴

9、，而且還不能循環(huán)使用，因而無法廣泛使用。光催化降解法是一類新型的且優(yōu)點諸多的污水處理工藝，已經(jīng)歷了了幾十年的開展。一些文獻中，對亞甲基藍的光催化降解進展了一系列細致且全面的研究，發(fā)現(xiàn)二氧化鈦于光催化的實驗條件下對亞甲基藍的分解有很好的效果。光催化降解可以破壞其分子構造，其反響過程只需光能和催化劑，本錢低，操作簡單，降解能力強，條件溫和，無污染等特點。在含有亞甲基藍的一些污水或污染物降解方面具有十分巨大的優(yōu)點和實際應用方面的利用價值。二氧化鈦TiO2，白色固體或粉末狀的氧化物，分子量為79.87，同時還是一種白色無機染料，同時其還擁有無毒、不透明、最正確的白度和光亮度的特性，是世界上性能最好的白

10、色顏料之一12。學者自發(fā)現(xiàn)半導體TiO2電極光電催化來進展分解水的研究以來，TiO2作為一種解決環(huán)境方面的問題的污水處理催化劑已經(jīng)引起人們的大量關注以及報道。二氧化鈦在水體中的各類型污染物，例如染料，農(nóng)藥，外表活性劑和有機氯有機化合物的催化降解方面已有大量的報告7。1.2 納米TiO2催化劑合成二氧化鈦屬于寬禁帶半導體材料，且有物理性能優(yōu)良、穩(wěn)定性好，環(huán)境相容性強、本錢低等特點，在眾多領域有廣泛應用，例如本文所展示的光催化領域。TiO2在電化學方面有著獨特的優(yōu)勢，如對鋰離子的儲存能力強，在充放電的循環(huán)過程效率高運行平安。TiO2納米材料有多種晶型，如金紅石、板鈦礦和銳鈦礦型等，各種不同的形貌納

11、米錐、納米管、納米球、納米棒、納米線2。納米TiO2的制備方法多種多樣，不過大致分為氣相，液相，固相三類。1.2.1氣相法(1)真空蒸鍍PVD真空蒸鍍制備高純二氧化鈦，可通過控制壓力、溫度來調(diào)整納米二氧化鈦的分散均勻性、粒度大小。真空蒸鍍需要先進技術和設備，所以合本錢錢較高。(2) 等離子體鼓勵CVD一般而言，這種方法是用來合成非固相的二氧化鈦的，常用方法有直流電弧等離子體法直流法、高頻等離子體法射頻法和復合等離子體法等離子體混合法。直流法是通過電弧產(chǎn)生高溫反響氣體的電極之間的電弧，但該電極是容易熔化或蒸發(fā)，并污染產(chǎn)品；射頻法不污染產(chǎn)品，和直流法比，其能量利用率低，穩(wěn)定性差；復合等離子體法是復

12、合使用直流和射頻方法，通常用于制備超細瓷粉4。3采取鈦醇鹽噴霧和惰性氣體聚合成亞微米的液滴，在低溫下與汽化水相互作用合成的納米二氧化鈦。此方法合成的納米TiO2純度高、分散性好，但合成技術和設備要求高，產(chǎn)量低，本錢高。4氣相氧化法通常采用O2為氧源，TiCl4為原料，N2，AR做載氣，向反響器注入TiCl4蒸汽，反響在在900一1400下進展，化學反響：該過程自動化的程度非常高，制備的納米TiO2分散性比較好，透光的性能相對較高，但有生產(chǎn)能力低，產(chǎn)品本錢高的缺點。5氣相水解法這種方法通常采用鈦醇類的鹽為原料，這種物質(zhì)的高溫蒸氣與水蒸氣儀器被引導到實驗裝置里面的化學反響區(qū)域，產(chǎn)生一種瞬間的混合效

13、應導致的快速的水解反響，設計的化學方程式：這個過程可以用氣相滯留的時間、摩爾比、實驗過程溫度、氣體的流速、物質(zhì)的濃度對納米TiO2粒子大小和形貌進展一定程度上的調(diào)整，從而制備出大小為10 - 150nm的非晶型TiO2。工藝操作溫度低，能耗小，設備材料要求不高，能進展連續(xù)的生產(chǎn)。（6） 氣相熱解法通常使用一個簡單的單爐加熱到所需溫度，在真空或惰性氣氛溫度，為反響氣體，使熱分解反響的發(fā)生，并最終在反響區(qū)沉積納米TiO2。化學反響的方程式為：用這個方法生產(chǎn)出來的納米TiO2、化學活性較強、分散性好、納米TiO2的粒徑布可以通過Ti(OC4H9)4濃度和爐溫來控制，但有投資大，本錢高的缺點。. z-

14、（7） 氣相氫氧焰法：采用四氯化鈦為原料，在氫氧焰氣7001000制備納米TiO2，化學反響式是：制備的納米TiO2是銳鈦礦型和金紅石混合晶型，產(chǎn)品純度高、粒徑小，不易團聚，主要用于電子，催化等領域。此合成過程自動化程度高，但對設備要求較高，要準確控制工藝參數(shù)，產(chǎn)品本錢高。很多公司如德國Degussa公司、日本達公司正在使用這種方法生產(chǎn)納米二氧化鈦。1.2.2 液相法（1） 膠溶法以硫酸鈦為原料，酸性條件下參加外表活性劑形成溶膠，通過熱處理方法可以得納米二氧化鈦。反響的原理如下：是合成納米TiO2粉體的主要方法，得到的TiO2分散均勻，燒結活性好，但本錢高，不便于大規(guī)模生產(chǎn)。（2） 溶膠/凝膠

15、法此方法以鈦鹽為原料，在有機介質(zhì)中進展水解和縮聚反響，形成溶膠-凝膠，通過加熱或冷凍枯燥，焙燒以獲得納米TiO2。反響過程：合成中原鈦酸的二聚合物和帶負電的原鈦酸離子在溶液中產(chǎn)生縮聚，形成三聚體、四聚體等，Ti-O-Ti鍵可以進一步聚合形成膠體二氧化鈦。此方式來獲得納米二氧化鈦粉末，純度高，分散性好，烘烤溫度低，該反響易于控制，副反響少，設備簡單，但工藝時間長，生本錢高，枯燥和焙燒過程中凝膠體積收縮可能引起超細二氧化鈦的聚集。文獻報道用溶膠-凝膠的方法和超臨界流體枯燥SCFD等可制備直徑36nm的球形納米銳鈦礦型TiO2粉末。該方法首先使用溶膠法制備二氧化鈦水合物，然后轉(zhuǎn)化成酒精凝膠，凝膠放置

16、在高溫和高壓釜中，從而到達臨界狀態(tài)時，膠液無外表力，在恒定溫度下凝膠中的液體緩慢釋放，大大消除了凝膠外表的力，溫度降低到室溫，就可以得到白色的納米TiO2粉體了。（3） 直接沉淀法一般以硫酸氧鈦為原料的沉淀法，沉淀劑多項選擇用氨水，再經(jīng)抽濾、烘干、高溫處理來獲得到納米TiO2。反響機理：這個方法工藝簡單，技術要求低，本錢低，但制備得到的納米TiO2的粒徑分布較寬，且易與雜質(zhì)混合。（4） 均勻沉淀法不直接參加沉淀劑，而是參加尿素，通過反響緩慢均勻地放出沉淀劑如氨，沉淀劑和TiOSO4反響產(chǎn)生沉淀，抽濾、洗滌并高溫處理900左右可得到納米TiO2。反響原理：. z-該方法所得產(chǎn)物均勻和致密，很容易

17、過濾和洗滌。目前國已經(jīng)成功采用均勻沉淀法開發(fā)了常溫水解TiCl4來制備納米TiO2的新工藝。1.2.3 水熱法“水熱是十九世紀中期地質(zhì)學家首次提出的，用于模擬地殼成礦條件，目前水熱合成理論在功能材料制備過程中的應用廣泛。水熱法是在一個特殊的密封反響釜中，采用水溶液作為反響介質(zhì)，通過加熱反響釜，形成一個高溫高壓反響環(huán)境，不溶性物質(zhì)在液相中生成、結晶。水熱分解法是在水熱條件下，將*些化合物分解為新化合物。水熱合成法可以在很寬的圍改變參數(shù)，從而使反響中的2個或2個以上的化合物生成新物質(zhì)。水熱氧化法，是高溫高壓下溶劑及金屬或合金直接反響生成的新化合物。水熱復原法是金屬氧化物、氫氧化物、碳酸鹽和復合鹽的

18、水轉(zhuǎn)印漿，只有少量或無試劑，控制適當?shù)臏囟群脱醴謮簵l件，可制成超細金屬粉。水熱沉淀法是指*些化合物通常在無法或很難產(chǎn)生沉淀的情況下，在水熱條件下反響生成新的化合物。水熱反響依據(jù)反響類型的不同可分為水熱結晶、水熱分解、水熱合成、水熱氧化、水熱復原、水熱沉淀等水熱方法11。水熱結晶法是以非晶態(tài)氫氧化物、氧化物或水凝膠為前驅(qū)物，在水熱條件下結晶成新的氧化物晶粒。水熱分解法是*些化合物在水熱條件下分解成新的化合物，別離后得到單一化合物微粉。水熱合成法允許在很寬圍改變參數(shù)，使兩種或兩種以上的化合物起反響，合成新的化合物。水熱氧化是利用高溫高壓環(huán)境，水、水溶液等溶劑與金屬或合金直接反響生成新的化合物。水熱

19、復原法是將金屬鹽類氧化物、氫氧化物、碳酸鹽或復式鹽用水調(diào)漿，只需少量或無需試劑，控制適當溫度和氧分壓等條件，即可制得超細金屬微粉。水熱沉淀法是指*些化合物在通常條件下無法或很難生成沉淀，而在水熱條件下易反響生成新的化合物沉淀。水熱反響的主要特點是：反響是在相對較高的溫度和壓力下進展的，在常規(guī)條件下不能進展。該工藝操作簡單，操作方便，生產(chǎn)本錢低，污染過程小。通過改變反響條件前驅(qū)體的形成、溫度、反響時間、pH值、原料配比等，可獲得不同晶體構造、成分、形貌和粒徑的產(chǎn)品。熱水產(chǎn)品純度高，顆粒均勻，結晶良好，分散好，無需高溫燒結工藝，防止結塊。水熱合成法制備TiO2是通過在酸性或堿性溶液中水解鈦前驅(qū)體形

20、成溶膠，并于四氟乙烯襯的高壓釜中高溫反響獲得。將TiO2溶膠涂在導電玻璃上，450熱處理得納米二氧化鈦多孔膜。為了防止顆粒的聚集，合成中經(jīng)常使用外表活性劑和乳化劑，這些有機添加劑，可以在高溫下煅燒掉。戴等人8研究了溶膠-凝膠過程中化學前驅(qū)體的熱處理溫度的影響，200-250的水熱處理后TiO2平均粒徑為20nm。熱處理溫度為270，pH值為1時出現(xiàn)43%金紅石大顆粒。本文中二氧化鈦的制備所采用的方法是最后一種方法，即水熱法。1.2.4 納米TiO2的微觀構造TiO2的三晶型金紅石、銳鈦礦和板鈦礦有不同的性質(zhì)，金紅石型二氧化鈦具有最正確的穩(wěn)定性，即使在高溫下也不分解，銳鈦礦及板鈦礦是是亞穩(wěn)態(tài)Ti

21、O2，在一定溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型后，晶型變化是不可逆的。研究者普遍認為6，銳鈦礦型TiO2的光催化活性最高，其次是金紅石型，而板鈦型和非晶態(tài)TiO2無明顯的光催化活性。金紅石型TiO2和銳鈦礦型TiO2屬于四方晶系，由八面體連接而成，兩者之間的區(qū)別在于原子排列方式不同。金紅石型二氧化鈦八面不規(guī)則，稍斜方晶型、銳鈦型八面體明顯正交失真，對稱性低于前者。銳鈦礦型TiO2的鍵長比金紅石型TiO2長。金紅石型二氧化鈦中八面體和大約10個八面體連接兩側(cè)，均為八角，銳鈦礦型TiO2中每個八面體和周圍八個八面體連接四側(cè)，四種常見的頂點。這些構造上的差異導致了晶體的不同密度和電子能帶構造。光催化降解原理二氧化

22、鈦的光催化性能與其能帶微觀構造密切相關。半導體的能帶構造由價帶與導帶形成，而價帶與導帶間的區(qū)域被稱為“禁帶。禁帶在構造與能量上來說是一個不連續(xù)的區(qū)域，而當半導體被比禁帶寬度更多的能量所照射時，價電子便會被激發(fā)到導帶形成導帶電子，并產(chǎn)生空穴的價帶，而空穴的價帶是活性十分高的電子空穴，半導體材料便具有很強的氧化復原性，當污染物遷移到TiO2外表就會被氧化或復原降解。半導體光吸收閾值和禁帶寬度為5：由于光催化半導體是一種寬帶半導體，吸收波長閾值在紫外區(qū)域，只有波長小于387.511nm的紫外光照射時，價帶電子才躍遷到導帶，形成的空穴-電子對。如前所述，在大多數(shù)情況下，銳鈦礦構造比金紅石構造具有更高的

23、光催化活性。在TiO2外表的光化學反響機理如圖1.1所示，需考慮以下兩方面：1TiO2承受光子產(chǎn)生的光生電子和空穴；2載流子化合物的復合反響，并以能量釋放的形式釋放熱或光能量； 圖1-1二氧化鈦外表光化學反響光生電子也可以與活性氧反響生成自由基，這些自由基也可參與氧化復原反響2。H2O2再產(chǎn)生羥基自由基，通過以下反響： 上述反響說明，O2主要是用于傳輸?shù)碾娮?，如果空穴的電子別離反響可以順利進展，光催化反響將繼續(xù)。如果電子和空穴復合，則不利于光催化反響。在大規(guī)模應用中，需考慮以下問題6：1二氧化鈦的禁帶寬度為3.2eV，只能利用太的波長吸收小于387.5rim紫外光，太陽能利用率相對較低；2半導

24、體載流子復合率很高，所以量子效應率低；3直接使用二氧化鈦粉體，催化劑失活，易結塊和困難固定相體系和固定相的條件比較嚴格，光催化活性降低。1.3納米TiO2在廢水處理上的應用71.3.1含油廢水含油廢水主要產(chǎn)生于油田的開發(fā)生產(chǎn)中煉油過程或者油品的意外泄漏。一般油氣田在開發(fā)的過程中，伴隨著時間的不斷推移，一些油田的含水的份量會不斷地提高，中國國所有的油田油氣資源總計的含油量約為268億噸12。處理含油廢水最主要的是要消除油相與水相相交處那一層天然形成的外表活性劑，從而讓油可以如同一般污染物那樣被普通方法所降解。由于納米TiO2的物理特性，使得這種催化劑十分容易進入界面層進展光催化降解，同時可去除石

25、油工業(yè)產(chǎn)生的廢水中的一些難以降解的有機污染物如苯酚、硫化氫、硫醇、環(huán)烷酸和其他物質(zhì)。含油廢水一般難以處理，通常使用的復合材料降解以到達更好的效果。一些石油或石化產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物因為一些意外，如輪船泄漏等其他因素，產(chǎn)生了不可防止的大面積的污染，而且一般的化學上的手段是難以對這種污染進展高效處理的，而更加需要注意的是，有一些化學手段反而會對環(huán)境造成二次污染。這些污染由于特殊因素，無法進展有效的預防，是突然的情況下發(fā)生的，在采集與治理方面是一個巨大的難點。同時，這些含油廢水不是通過諸如乳化的方式與水結合，在大多數(shù)的情況下是以一種類似于油膜的形式漂浮在水面上的。納米二氧化鈦粉體的密度要比水大，只能將納米T

26、iO2負載于密度小于水的物質(zhì)如膨脹珍珠巖等，這樣可以讓二氧化鈦與油水界面有效并且充分接觸，從而到達降解有機污染物的目的。1.3.2制藥廢水制藥廢水指一些藥廠在生產(chǎn)工作完畢后，隨意傾倒排泄的廢水。有機磷農(nóng)藥是最常用的農(nóng)藥，其生產(chǎn)過程中累計排放的廢水的毒性非常強，而且還具有生物積累的特性，一直以來，此廢水如何處理是個難題。納米TiO2薄膜對百草枯進展光催化降解，發(fā)現(xiàn)15h后百草枯的降解效果不理想。而采用二氧化鈦所制取的復合催化劑進展多達10次降解實驗后，敵敵畏的降解率保持在86%以上。1.3.3印染廢水有機染料大量應用于紡織和其他工業(yè)過程中，一般具有特定的顏色，構造多樣。許多有機染料不能自然降解，

27、有潛在的毒性。用納米二氧化鈦可光致漂白8大類共15種染料，漂白序列:靛藍染料菲律賓>三苯甲烷染料>染料>喹啉染料>噻嗪染料>蒽醌染料。1.3.4造紙廢水眾所周知造紙業(yè)會產(chǎn)生大量的廢水，這些廢水不僅含有酚、氯代酚類、鹵素等難降解有機污染物，COD和色度高，而這些污染物很難用常規(guī)混凝法、生化法、酸沉法等手段進展有效的處理。單純利用納米TiO2光催化降解造紙業(yè)產(chǎn)生的廢水，效果非常有限。通常需要用組合工藝來取得較好的效果，例如吸附和光催化聯(lián)合處理草漿造紙廢水，去除率可達96%，處理后到達廢水排放標準。 . z-1.3.5外表活性劑廢水日常生活中會用到許多的外表活性劑，而這

28、一些外表活性劑在被利用過后便會排放至下水道，對環(huán)境形成巨大污染，此類廢水常含有大量難以降解的芳香族有機化合物。納米TiO2催化劑能使外表活性劑分子上的芳環(huán)斷裂，很大程度上降低了毒性，減少了對環(huán)境產(chǎn)生的破壞。根據(jù)外表活性劑的特點，納米TiO2催化劑可以和超聲波處理技術結合，2h幾乎可以將十二烷基苯磺酸鈉SDS全部降解 。1.3.6垃圾滲濾液垃圾滲濾液，顧名思義，指大量垃圾的堆積過程中累計產(chǎn)生的廢液，此廢液用熟知的常規(guī)降解手段幾乎無法降解，但是可采用納米二氧化鈦進展光催化降解，降解過程的去除率可高達72%，當然光催化氧化和其他相關技術結合可更加有效，如光催化沉淀吸附，光催化膜別離，光催化氧化法，從

29、而對垃圾滲濾液進展深度處理。1.3.7重金屬廢水重金屬廢水，在一般的情況下，利用一些簡單的氧化復原反響即可到達初步的降解，但是這種方法本錢較高，而且費時費力，在面對組分復雜的一些金屬廢水時，往往有心無力。納米二氧化鈦外表原子可通過靜電作用結合重金屬離子，對金屬離子具有較強的降解能力。近年來，納米TiO2光催化技術已成功應用于汞，鉻，鎘，錳廢水的處理。. z-1.3.8無機非金屬廢水無機非金屬廢水，一般情況下用二氧化鈦進展降解可以到達十分好的效果，甚至遠超一般的方法。比方，對含硫廢水采取光催化的方式進展處理，降解3h后，硫化物去除率可以高至95%以上。氧化氨氮廢水用納米TiO2光催化降解，8h就

30、能讓氨氮的質(zhì)量濃度度從238mg/L降至8m/L，到達97%的降解率。1.4 本文的研究意義，目的以及容1.5.1研究意義二氧化鈦在光催化這一方面已經(jīng)得到了許多的關注，它能有效降解許多種類污染物，如染料、農(nóng)藥、外表活性劑和氯化有機物等。光催化氧化具有以下優(yōu)點：1光催化降解有機物不會產(chǎn)生對環(huán)境的二次污染；2光催化降解在自然環(huán)境常溫常壓下就可以進展，可以防止許多復雜的操作；3反響過程僅僅需要光催化劑和光能，減少了大量其他化學物質(zhì)的消耗；4光催化劑廉價，穩(wěn)定，無毒。我國鈦資源儲量豐富，TiO2由于光催化活性高，化學穩(wěn)定性好、耐腐蝕，價格廉價，成為多相光催化領域研究的熱點，被公認為最有前途的環(huán)保的清潔

31、綠色光催化劑，并得到多方面的應用。目前如何進一步提高催化活性是二氧化鈦應用的關鍵，本文采用水熱法制備納米TiO2，主要用于亞甲基藍的光催化降解。亞甲基藍是一類化學指示劑、生物染料和藥品。一般情況下亞甲基藍水溶液呈藍色，但是氨水等一類的復原劑會將其復原為無色。亞甲基藍在紡織業(yè)上的應用廣泛，但是帶來的污染也有目共睹。亞甲基藍染料產(chǎn)生的廢水的色度比較深，如假設不經(jīng)過一系列的處理就排放會帶來極大的環(huán)境污染。第2章 實驗局部2.1實驗藥品與儀器表1-1實驗主要藥品Table 1-1 E*perimental2.2 TiO2的合成與制備以鈦酸四丁酯做鈦源，十六烷基三甲基溴化銨為構造導向劑，通過水熱法合成制

32、備合成二氧化鈦。準確稱取0.4374g CTAB，移取50毫升的蒸餾水至燒杯中，將CTAB溶于蒸餾水中，恒溫加熱至35，并不連續(xù)攪拌半個小時，直至形成透明溶液，記為A液。取10 mL濃鹽酸，用水稀釋，至鹽酸的濃度為0.1mol/L。并參加0.4084g鈦酸四丁酯，不斷攪拌半個小時，記為B液。將A液參加B液，再次攪拌一個小時形成混合溶液C。將混合溶液C倒入聚四氟乙烯襯的高壓反響釜，將高壓反響釜放入加熱恒溫箱中，在150下反響20個小時。將產(chǎn)物進展反復的離心，洗滌。枯燥80下枯燥24小時，稱重，得納米二氧化鈦。2.3 TiO2光催化實驗. z-2.3.1 實驗裝置的搭建圖2.1實驗裝置1恒溫磁力攪

33、拌器，2攪拌子，3燒杯，4模擬紫外光源如圖2.1所示，在恒溫磁力攪拌機上方加裝一個模擬紫外光源，注意光源與反響裝置不可過近，否則光源會影響反響溫度。同時反響在不斷攪拌下進展，注意幾次比照實驗的攪拌速率應一致。2.3.2 亞甲基藍的自然光降解在不添加光催化劑的情況下，亞甲基藍溶液也會在自然光下產(chǎn)生光降解的情況，所以在光催化降解的實驗前需進展一組亞甲基藍自然光降解的降解率測定。表1-3 亞甲基藍吸光度隨光照時間變化情況Label 1-3 The change of absorbance of methylene blue with time時間/min吸光度00.342100.325200.302

34、300.281400.266500.249根據(jù)表1-3所測定出的實驗數(shù)據(jù)，計算出各階段的降解率，并繪制時間-吸光度的曲線。圖2.2 無催化劑情況下亞甲基藍的自然降解情況由圖2.2可看出，在自然光照的情況下亞甲基藍地球可以產(chǎn)生輕微的降解情況，但是相對于在光催化劑催化下的光催化降解率，在自然光照下的光催化降解率幾乎可以忽略不計。2.3.3光催化降解實驗過程1亞甲基藍的測定稱取10mg亞甲基藍溶于10mL蒸餾水中，配制1mg/mL亞甲基藍儲藏液。分別用移液槍量取10L、20L、40L、,60L、80L亞甲基藍貯備液至10mL容量瓶用水定容，配制一系列亞甲基藍的標準溶液。翻開731型紫外可見分光光度計

35、，預熱0.5 h，用蒸餾水作為參比溶液，本實驗采用2mm比色皿，測定亞甲基藍標準系列溶液的吸光度，得出標準曲線，亞甲基藍降解實驗中，剩余的亞甲基藍用標準曲線法測得。2TiO2納米棒光催化降解亞甲基藍溶液的過程取濃度為4g/mL的亞甲基藍溶液，進展1h的避光處理。按照2.3.1節(jié)的實驗裝置進展光催化降解實驗。準確稱取10mgTiO2，參加上述溶液，每隔10min取5mL反響液，離心，取上層清液，并將剩下的反響液倒回燒杯繼續(xù)進展光催化降解實驗。將所取的上層清液編號，分別測量吸光度，并計算降解率。降解率計算公式：降解率=(C0 C) / C0 × 100%由于吸光度C與亞甲基藍的濃度呈線性

36、關系，降解率計算公式也可以是：降解率=(A0 A) / A0 × 100%分別控制不同反響條件，進展多組比照實驗，優(yōu)化反響條件，找到光催化降解的最優(yōu)條件。第3章 實驗結果與討論3.1TiO2的構造表征3.1.1 *-射線衍射*RD射線衍射分析一方面可以確定樣品的物相，因為每個階段都有各自的特征衍射峰，并與樣品中的相含量增加，衍射強度隨衍射強度的增加；對衍射峰的樣品位置的定性分析和衍射峰強度的另一方面，根據(jù)衍射線確定的位置的相位。據(jù)測定*RD 2與TiO2的*RD譜圖像比照不同晶型的標準值，確定TiO2晶型的制備。據(jù)強度的峰值強度，大小的樣本大小可以判斷. z-. z-圖3.1所制得T

37、iO2 *射線衍射圖掃描電鏡SEM掃描電鏡是透射電子顯微鏡與光學顯微鏡的一種微觀形貌觀測方法，它可以直接利用試樣外表材料的材料特性進展顯微成像。*射線能譜儀是當前掃描電鏡的必配物品，這樣，纖維組織的形貌和微區(qū)成分的分析可以同步進展。所以，它是當今十分有用的一類科研儀器。測定前，需要將TiO2樣品進展預處理。首先要將 粉末狀的樣品超聲分散在乙醇中，用移液管移取一滴，滴在預先準備好的珪片上，然后在常溫下枯燥。制備好的樣品是在外表上噴金后進展觀察的。. z-圖3.2 所制得金紅石型TiO2在SEM下的物質(zhì)構造3.2 亞甲基藍的標準曲線亞甲基藍貯備液用量/L吸光度100.159200.285400.5

38、37600.791801.1表1-3 亞甲基藍不同濃度下吸光度用721紫外分光光度計在最大吸收波長(664nm)下測定亞甲基藍水標準溶液的吸光度，實驗數(shù)據(jù)如表1-3.圖3.3 亞甲基藍標準曲線以濃度C為橫坐標，吸光度A為縱坐標，繪制標準曲線，由亞甲基藍的線性擬合方程可得標準曲線的近似方程式為Y=0.01329*+0.01603。從圖中可以看出在該濃度圍，C-A能較好的滿足線性關系，符合線性擬合方程。. z-做亞甲基藍的標準曲線，可以用標準曲線進展定量分析，標準曲線如本試驗中的亞甲基藍一般可近似看做一條直線。標準曲線是標準系列，是以標準溶液及介質(zhì)組成的。因此，標準曲線所用的溶液與試樣中所用的溶液

39、必須保證完全一致，這樣才可以最大化保證測量結果的準確性。而且只有標準曲線能重合校正曲線時，標準曲線才可以代替校正曲線。本試驗做標準曲線的亞甲基藍溶液與進展光催化降解實驗中所用的亞甲基藍的實驗屬于同一組分，且實驗尚未開場時取的實驗溶液組分與標準曲線的吸光度相匹配，所以可以進展準確度較高的實驗。3.3不同溫度下亞甲基藍的降解情況圖3.4 溫度對亞甲基藍的降解的影響. z-. z-由圖片我們不難看出，在正常的溫度下，納米TiO2對于亞甲基藍的光催化降解的降解率是沒有太大的變化的，在50 min之后根本上都可以到達相對較高的降解率，所以TIO2是一種可以廣泛運用于降解污水而不用擔憂溫度對光催化劑活性的

40、影響。3.4不同催化劑濃度下亞甲基藍的降解率圖3.5 不同催化劑濃度下亞甲基藍的光催化降解率由圖中的趨勢可以看到，亞甲基藍的降解率隨著光催化劑的降解率的提升而升高，但是二氧化鈦的使用量超過10mg之后，降解率反而有著顯著的下降，查閱資料后推測，這種情況是因為二氧化鈦過少，導致光能的不充分利用，而過高的二氧化鈦懸浮顆粒會遮蔽入射光，讓光源的光子發(fā)射效率變低，所以，在實驗條件下10mg是該實驗最正確的催化劑用量。3.5 實驗體會(1)應妥善調(diào)整好光源距離液面的距離，不應過近，否則會影響實驗溫度，也不能過遠，否則會影響光催化的效果。(2)水熱法制備光催化劑的過程中，應注意四氟乙烯襯反響釜的清潔，否則

41、會對光催化劑產(chǎn)物的微觀構造產(chǎn)生極大的影響。(3)催化劑參加的量不應該過少，也不應過多，兩者都不利于光催化活性的提高，我們的實驗條件下10mg的催化劑用量能到達比較好的效果。(4)實驗反響溫度的上下也會影響實驗的催化活性，在本論文的實驗條件下,溫度對亞甲基藍的光催化降解效率不會產(chǎn)生較大影響。(6)亞甲基藍在沒有催化劑的情況下在自然光下也會發(fā)生輕微的降解現(xiàn)象，所以溶液應注意避光保存，并在光催化實驗前進展標準濃度吸光度的測定。(7)當有機物的濃度過大時，產(chǎn)物會被吸附在催化劑外表，減少催化劑的活性。在實驗條件下，亞甲基藍初始濃度為4ug/mL。結論通過將水熱法合成制備的納米TiO2用于對亞甲基藍的光催

42、化降解實驗，觀察了不同溫度，催化劑濃度下二氧化鈦納米棒對亞甲基藍的降解效果及影響其降解活性的程度。光催化降解技術在日前已開展為一項成熟的技術，通過對光催化降解的細致分析以及操作，讓我對這項技術有了全面的了解。. z-致 本論文在我的導師錢麗教師的悉心教導下完成的，錢麗教師嚴格的實驗要求和合理的實驗方法帶給我巨大的幫助。由此衷心感錢麗教師對我的關心和指導。此外，在實驗室工作及撰寫論文期間，艷君，馬凱悅等同學對我的畢業(yè)論文中的二氧化鈦制取實驗給伸出了援助之手，再次表達由衷的感。最后，感我的家人，他們的理解和支持是我能在學校專心完成我的學業(yè)。，大家的幫助，畢業(yè)論文只是學業(yè)的一個終點，卻是我人生篇章里的人生新起點。參考文獻1 Qian Huichun, Jiang Weizhong. Study on photocatalytic enamel of titanium dio*ide J.2021,40:24-27.2 had light, Liu *uqiang. The graphene /TiO2 nano posite materials research in the field of photocatalysis of J. materials review, 202