光催化氧化法的催化劑固定化技術研究

1、光催化氧化法的催化劑固定化技術研究摘要：討論了一種新型催化劑固定技術，即將粉末活性炭連同二氧化鈦粉末同時固定的技術，并對該復合催化劑膜進展了水處理試驗，結(jié)果說明效果良好，催化劑的附著性和吸附效果均優(yōu)于純Ti2膜。關鍵詞：光催化氧化固定化粉末活性炭二氧化鈦光催化氧化法是近20年才出現(xiàn)的水處理技術，在足夠的反響時間內(nèi)通?？梢詫⒂袡C物完全礦化為2和H2等簡單無機物，防止了二次污染，簡單高效而有開展前途。由于以二氧化鈦粉末為催化劑的光催化氧化法存在催化劑別離回收的問題，影響了該技術在實際中的應用，因此將催化劑固定在某些載體上以防止或更容易使其別離回收的技術引起了國內(nèi)外學者的廣泛興趣。1催化劑固定化技術

2、的研究現(xiàn)狀目前，國內(nèi)外對催化劑固定方式的研究主要有兩種。第一種是非填充式固定床型的固定技術，它以燒結(jié)或沉積方法直接將催化劑沉積在光催化反響器內(nèi)壁，進展污水處理時以泵為動力，使污水在污水槽與光催化反響器之間循環(huán)回流，光催化反響在反響器里進展。譬如，張彭義等人研究了苯甲酸類物質(zhì)的光催化降解，其Ti2的固定方法如下1：用兩個120高壓汞燈輻射鋁板，同時含有Ti2粉末的酸性懸浮液不斷循環(huán)流過被輻射的鋁板，懸浮液中的Ti2在紫外光和酸性條件的作用下沉積在鋁板上而形成固定膜。第二種是填充式固定床型的固定技術2，即將Ti2燒結(jié)在載體(如砂、硅膠顆粒、玻璃珠、玻璃纖維等)外表，然后將上述顆粒填充到反響器里。此

3、類固定技術雖可增大光催化劑與液相的接觸面積(反響速率比懸浮型光反響器還要高)，但載體顆粒較小，還需進展繁瑣的別離、回收過程3。2催化劑固定化技術研究2.1機理討論有研究說明4，一種類似于非填充式固定床型的催化劑固定技術，即布置于反響器底部、載有Ti2膜的玻璃纖維經(jīng)過外表修飾(在Ti2外表擔載某些重金屬或金屬氧化物，如Ag、Au、Pt、Pd、Nb、Ru2和Pt-Ru2等)能進步Ti2光催化活性。考慮到采取此項技術進展飲用水深度凈化時，金屬含量低那么不起作用，含量高那么使水中重金屬含量超過飲用水標準，故筆者試圖從另一角度，即進步Ti2吸附才能方面來研究催化劑的固定化問題?；钚蕴恳蚱浔韧獗矸e大、吸附

4、才能強及疏水性能好等優(yōu)點，一直被廣泛應用在水處理方面。筆者借助于活性炭這一優(yōu)點來進步固定催化劑的光催化降解性能，即將Ti2粉末連同粉末活性炭一起被固定在反響容器內(nèi)壁，然后對自來水進展深度處理試驗。作為比照，同時對純Ti2進展了試驗。為便于比擬，進展了不同工藝條件下的試驗。一種是以牛皮紙代替反響器內(nèi)壁，將催化劑固定在牛皮紙一側(cè)，按所需催化劑用量將相應大小的牛皮紙襯在反響器內(nèi)壁進展試驗。另一種直接以Ti2粉末為催化劑進展試驗，處理后的水用0.45濾膜進展抽濾。試驗裝置如圖1所示，反響器由玻璃制做，尺寸為656，容積為15823，實際容積(除去紫外燈)為12873；石英紫外線殺菌燈的功率為20，主波

5、長為253.7n，在本試驗條件下光強E為3.90103/2；氣泵的作用除進展曝氣以促使Ti2在溶液中呈懸浮態(tài)以外，還提供空氣，實際是利用空氣中的2為氧化劑作為電子承受體，防止電子和空穴的復合。2.2催化劑膜的制備試驗所需物品如下：Ti2(分析純)；粉末活性炭(用140目細篩進展分選，使其與Ti2粉末粒度根本一致)；市售牛皮紙；玻璃膠；膠槍；刮膠板。首先在牛皮紙的一側(cè)均勻涂上一薄層玻璃膠(目的是防水)，室溫下放置一夜，待其枯燥后在另一側(cè)亦涂一薄層玻璃膠，同時在其未干之前將一定量Ti2粉末或摻有粉末活性炭的復合催化劑盡可能多地均勻灑在其上，按壓使其粘牢，在室溫下放置一晝夜，待其枯燥后稱量剩余的粉末

6、，從而計算出12牛皮紙所具有的催化劑用量。3試驗結(jié)果及分析為便于比擬，制備了三種催化劑膜，一種是復合催化劑膜(Ti2/)，其中Ti2與粉末活性炭的質(zhì)量比為37，試驗時Ti2用量相當于0.6g/L；另一種是純催化劑膜，試驗時Ti2用量相當于1.2g/L；第三種是純炭粉膜。試驗結(jié)果如圖2所示。從UVA(紫外吸光度)去除率來看，反響的前90in，Ti2/膜優(yōu)于Ti2膜高于單純紫外照射，然而120in時Ti2膜去除效果不及單純紫外照射。為分析原因，又做了兩組試驗，第一組是懸浮態(tài)光催化氧化法去除自來水中有機物的UVA去除率隨Ti2濃度的變化情況。試驗結(jié)果如圖3所示，當Ti2投量為2g/L時去除效果最好。

7、第二組試驗為Ti2/膜與1.2g/LTi2懸浮液及2g/LTi2懸浮液作比照，試驗結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出，Ti2濃度僅為0.6g/L的復合催化劑膜的去除效果相當于Ti2濃度為1.2g/L懸浮液的去除效果。由此可見，復合催化劑膜中的粉末活性炭具有良好的吸附才能，Ti2與其結(jié)合后光催化劑的催化性能有所進步。在試驗中還發(fā)現(xiàn)，摻有粉末活性炭的Ti2膜其催化劑的附著性很強，在反響中不會進入溶液(其原因與炭粉的吸附性有關)，利用這一特性制備附著性和催化性都很好的復合催化劑膜。然而同圖4曲線相比，復合催化劑膜的UVA去除率遠沒有到達最正確Ti2投量時的去除效果(去除率仍相差近20%)?？偨Y(jié)可能的原因

8、有三個：試驗時所用的復合催化劑膜的Ti2濃度為0.6g/L，遠遠小于最正確二氧化鈦投量(2g/L)；在復合催化劑膜中Ti2與炭粉之間一定存在一個最正確比例，使二者吸附與催化性能都能發(fā)揮至極，而此次只對Ti2為37的復合催化劑膜進展了試驗，因此不能肯定這一比例即為最正確比例；在催化劑膜的制備過程中，為除去膜外表未附著或附著不牢的粉末，先將其在自來水龍頭下沖洗數(shù)遍，又將其在自來水中浸泡過夜，上述操作過程無疑使摻有粉末活性炭的催化劑膜吸附了一些自來水中的有機物，在反響過程中除了去除水中有機物外還要降解這部分吸附的物質(zhì)，而這部分物質(zhì)并未計算在內(nèi)。由于上述原因復合催化劑膜并沒有到達最正確Ti2投量時的去

9、除效果，但同純催化劑膜相比，復合催化劑膜仍具有明顯的優(yōu)勢，假設解決上述問題(如增加復合催化劑膜中催化劑的附著量，選擇一個最正確的Ti2與炭粉的比例)，那么復合催化劑膜的去除效果是可以到達最正確Ti2投量下的去除效果的。為證實摻有粉末活性炭的Ti2膜的降解速率有所進步是否是單純活性炭所為，作了比照試驗，結(jié)果如圖5所示。從圖5中可以看出，在紫外線照射下單純活性炭膜的UVA去除率與單純紫外線照射并無多大區(qū)別，可見活性炭只有與Ti2結(jié)合才能發(fā)揮二者的吸附與催化性能。4結(jié)論與粉末活性炭結(jié)合固定的Ti2膜其催化劑的附著性和去除效果均優(yōu)于純Ti2膜，為光催化氧化技術找到了更加理想的復合催化劑及其工程應用的方法。參考文獻：1張彭義，余剛.苯甲酸類物質(zhì)的光催化降解及其QSARJ.上海環(huán)境保護，1999，18(4)：159-161.2ZhangY.FixedBedPhtatalysisfrSlarDentainatin