摻雜金屬陽離子納米TiO2光催化降解水中有機污染物

1、摻雜金屬陽離子納米TiO2光催化降解水中有機污染物摘要：通過溶膠凝膠法制備了摻雜Fe3+、Zn2+、u2+的納米級Ti2，并進展了XRD、TE表征，對染料廢水、苯酚的光催化實驗說明，F(xiàn)e3+、Zn2+、u2+的摻雜能明顯進步Ti2，的光催化活性，進步了有機物的降解率.關(guān)鍵詞：摻雜納米Ti2光催化降解有機污染物Ti2光催化氧化染料廢水、含酚廢水、農(nóng)藥、醫(yī)藥廢水、含油廢水、含外表活性劑、氰化物等廢水均獲得了較好的效果。但是由于Ti2光催化劑本身的一些缺陷，限制了其應用。一是其禁帶較寬，只能對紫外光有響應，而且電子和空穴容易復合，所以催化效率較低；二是Ti2納米粉的回收較為困難，難以循環(huán)使用。對于上

2、述問題，眾多對Ti2改性的研究發(fā)現(xiàn)，金屬離子摻雜是進步Ti2光催化活性的一種有效手段1，2，3。從化學觀點看，摻雜金屬離子有利于光生電子和空穴的別離，進步其離子效率。此外參雜金屬離子后，Ti2吸收帶也會發(fā)生紅移，又可使其吸光范圍向可見光區(qū)拓寬，這兩效應均可進步Ti2的光催化活性。1.儀器及試劑25紫外燈江陰市光電儀器；pHS3精細pH計上海雷磁儀器廠BD86型X射線衍射XRD儀日本理光公司；JE100SX型透射電子顯微日本理光公司；自制光化學反響器；鈦酸丁酯Ti(Bu)4(P)；異丙醇AR。處理的有機廢水為：某廠提供的染料廢水，其Dr值為925g/L;某廠提供的含酚廢水，其Dr值為280g/L

3、。1.1催化劑的制備將鈦酸丁酯與異丙醇按一定比例混合，用Hl調(diào)節(jié)pH為3左右，將Fe(N3)3溶液、Zn(N3)2溶液、u(N3)2溶液于劇烈攪拌下緩慢滴入上述溶液中30滴/in，控制各組份的摩爾比為：鈦酸丁酯:異丙醇:去離子水:摻雜物質(zhì)=1:2:4:0.005。靜置幾分鐘后呈白色半透明溶膠，80下真空枯燥一段時間后得到干凝膠粉末，于馬福爐中500下煅燒2h，自然冷卻后在瑪瑙研缽中研磨得到摻雜Fe3+、Zn2+、u2+摩爾百分數(shù)均為0.5%的Ti2納米粉末。以去離子水代替摻雜離子的鹽溶液，按上述同樣方法制備未摻雜的Ti2。1.2分析方法有機物廢水的Dr采用國家環(huán)保局和廢水分析監(jiān)測方法委員會主編

4、的?水和廢水監(jiān)測分析方法?中的重鉻酸鉀法進展測定。1.3實驗方法光催化降解反響在自制的反響器中進展，每次參加一定量的有機廢水，同時參加一定量的Ti2光催化劑。反響器套在鋁箔罩中，在25紫外光照射下，可任意調(diào)節(jié)光距，在穩(wěn)定光源條件下反響，隔一定時間取水樣測定其Dr值，即可求出在不同反響條件下有機廢水的Dr去除率。2.結(jié)果與討論2.1光催化劑的表征2.1.1Ti2XRD圖譜分析圖1給出摻雜Fe3+、Zn2+和u2+的Ti2以及未摻雜的Ti2的XRD圖譜。未摻雜Ti2和摻雜Fe3+、Zn2+的Ti2XRD圖譜沒有明顯的區(qū)別，都是單一的銳鈦型；而摻雜u2+的Ti2的XRD圖譜上那么出現(xiàn)了金紅石型的衍射

5、峰，說明u2+的摻雜促進了Ti2由銳鈦型向金紅石型轉(zhuǎn)變。在參雜Ti2的XRD圖譜上均未出現(xiàn)Zn2+或Fe3+的衍射峰，說明摻雜離子已進入Ti2的晶格。圖1不同摻雜Ti2的XRD圖Fig.1XRDfig.fdifferentdpedTi2(1)undpedTi2;(2)irn-dpedTi2;(3)zine-dpedTi2;(4)pper-dpedTi22.1.2Ti2TE圖譜分析表1列出了TE測得的所制備的4種Ti2光催化劑的粒徑。未摻雜Ti2的粒徑約為27n，摻雜Fe3+、Zn2+、u2+后Ti2的粒徑都有不同程度地減小，其中摻雜Fe3+最明顯，使Ti2的粒徑減小了14n，同時由于粒徑減小，

6、摻雜Fe3+的Ti2的分散性能降低，TE觀察到其有明顯的團聚現(xiàn)象。表1未摻雜Ti2與摻雜Fe3+、Zn2+和u2+的Ti2的粒徑Table1TheSizefUndpedTi2andIrn,Zine,pper-DpedTi2atalystUndpedTi2Fe3+/Ti2Zn2+/Ti2u2+/Ti2Size(n)271324212.2四種催化劑對有機廢水光催化降解效率的比擬取一定量的印染廢水于反響器中廢水的pH為8，四種催化劑投加量均為1g/L，光距為75，反響60in后，測其Dr值，結(jié)果見表2。表2對染料廢水Dr去除率的比擬Table2TheparefDrleanrateindyeastea

7、teratalystUndpedTi2Fe3+/Ti2Zn2+/Ti2u2+/Ti2Drbefretreatedg/L925925925925Draftertreated(g/L)255.352.759.278.6Drleaningrate(%)72.494.393.691.5取一定量的含酚廢水與反響器中廢水pH為5.6，四種催化劑投加量均為1g/L,光距為75，反響60in后，測其Dr值，結(jié)果見表3。表3對含酚廢水Dr去除率的比擬Table3TheparefDrleanrateinphenlatalystUndpedTi2Fe3+/Ti2Zn2+/Ti2u2+/Ti2Drbefretreat

8、edg/L280280280280Draftertreatedg/L90.0419.321.624.1Drleaningrate(%)65.793.192.391.4表2、表3的結(jié)果說明，在Ti2中摻雜Fe3+、Zn2+和u2+，可大大進步有機物的去除率。這是因為Fe3+、Zn2+和u2+均為電子承受體，由于Fe3+、Zn2+和u2+對電子的爭奪，減少了Ti2外表電子空穴對的復合，從而使Ti2外表產(chǎn)生了更多的H和2-，使有機物去除率進步較快4。同時，F(xiàn)e3+可以吸附在Ti2粉體上，產(chǎn)生氧氣高效生成的現(xiàn)象，這也有助于進步去除率5。2.3pH值對含酚廢水降解率的影響廢水的pH值對于催化劑粒子的外表

9、電荷、極性、粒子大小和狀態(tài)有著一定的影響，因此它對光催化氧化反響有一定的影響。選用摻Fe3+的Ti2作催化劑，試驗條件同上，在不同pH值條件下測含酚廢水的Dr去除率，其結(jié)果如圖2所示。圖2中取樣點的pH值分別為2、3、4、5、6、7、8、9、10。從圖2可以看出，廢水偏酸或偏堿性都能進步Dr去除率。值得一提的是，當溶液的pH值大于10或小于1時，懸浮液無法別離這是由于溶液pH值能改變Ti2顆粒外表的電荷，從而改變顆粒在溶液中的分散情況。當溶液pH值接近Ti2等當點時，由于范德華力的作用，顆粒之間容易團聚形成大顆粒。在水中Ti2的等當點大約是pH=36，當懸浮液pH值遠離等當點時，由于顆?；ハ嚅g

10、的排擠力，粒子在溶液中的分散性很好，去除率也更高。根據(jù)光催化氧化的反響機理，H可以有不同的來源，高pH值條件下，H易通過H-直接遷移至光活性的Ti2外表，進而俘獲光生空穴而產(chǎn)生；低pH值條件下，H易通過H+與被吸附2-系列結(jié)合，在形成H22的根底上進一步反響生成，而許多研究認為，H-更易通過后一種途徑產(chǎn)生7，8。3.結(jié)論通過凝膠溶膠法合成摻雜Fe3+、Zn2+和u2+的納米級Ti2，對水中有機污染物光催化實驗及理論分析說明，在Ti2中摻雜Fe3+、Zn2+和u2+3種金屬陽離子將會使光催化的效果增強。同時，水體pH值的升高或降低對光催化降解有促進作用。光催化氧化技術(shù)作為一種新興的水處理技術(shù)，具

11、有氧化徹底、節(jié)能、無二次污染等優(yōu)點，二氧化鈦懸浮體系中，二氧化鈦具有較好的混合狀態(tài)，因此具有較高的去除率。參考文獻【1】陳曉青，楊娟玉，蔣新宇等。摻鐵Ti2納米微粒的制備及光催化性能J。應用化學，2022,20(1):7376【2】hi.，TerinA.，Hffa.R.TheRlefetalInDpantsQuantu-sizedTi2：rrelatinBeteenPht-reativityandhargearrierRebinatinDynais.J.Phys.he.1994.98，13691379【3】Gratzel.，RusellF.H.EletrnparaagnetiResnaneSt

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