WO3-ZnO復(fù)合膜光催化降解甲基橙工藝研究

WO3—ZnO復(fù)合膜光催化降解甲基橙工藝研究摘要：針對染料廢水引起的環(huán)境污染問題，以WO3-ZnO復(fù)合膜為催化劑對甲基橙進(jìn)行光催化降解，研究了焙燒溫度、焙燒時間、復(fù)合膜的層數(shù)、甲基橙初始濃度、pH及光照時間對甲基橙降解率的影響。結(jié)果表明，3層復(fù)合膜于300℃關(guān)鍵詞：WO3-ZnO復(fù)合膜；甲基橙；光催化隨著紡織工業(yè)的大力發(fā)展，染料廢水引起的環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重，嚴(yán)重危害著人類的生產(chǎn)和生活[1]。在新疆地區(qū)，紡織工業(yè)的發(fā)展為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了巨大的發(fā)展空間，但是隨之而來的染料廢水處理也成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個關(guān)鍵因素。染料廢水具有所含有機(jī)物種類繁多、毒性大、難降解的特點。傳統(tǒng)處理染料廢水的方法主要有物理法、生化法和化學(xué)法，但是降解效果并不理想。光催化技術(shù)由于可以直接利用太陽光[2]，并且能耗低、設(shè)備簡單，因而成為近年來處理工業(yè)廢水的一個研究熱點。TiO2是目前研究較為成熟的一種光催化劑，主要是因為該材料具有穩(wěn)定性高、無二次污染等優(yōu)點，但是最近的研究發(fā)現(xiàn)，ZnO的光催化活性比TiO2高[3-5]。由于ZnO表面產(chǎn)生的電子-空穴對容易復(fù)合，在一定程度上影響了其光催化效果，而WO3能級與ZnO能級匹配，二者復(fù)合可增加電子-空穴對的分離效率，提高光催化活性。但是顆粒狀的催化劑存在回收困難的問題。鑒于此，利用WO3-ZnO復(fù)合膜對甲基橙進(jìn)行光催化降解，主要研究了焙燒溫度、焙燒時間、復(fù)合膜層數(shù)、甲基橙初始濃度、pH、光照時間等因素對降解率的影響，并通過對比光催化效果揭示W(wǎng)O3-ZnO復(fù)合催化劑對甲基橙降解的最佳工藝。1材料與方法1.1試劑與儀器試劑：醋酸鋅、乙醇、二乙醇胺、鎢酸鈉、鹽酸、草酸等均為分析純；蒸餾水為自制。儀器：722N型可見分光光度計為上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)。1.2WO3-ZnO復(fù)合膜的制備及考察內(nèi)容2結(jié)果與分析2.1焙燒溫度對甲基橙降解率的影響將不同焙燒溫度（100、200、300℃）焙燒2h的3層WO3-ZnO復(fù)合膜置于50mL濃度為10mg/L的甲基橙溶液（自然pH）中，考察焙燒溫度對甲基橙降解率的影響，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，隨焙燒溫度的升高，甲基橙的降解率也逐漸升高，這主要是因為隨著焙燒溫度的升高，WO3-ZnO復(fù)合膜中材料的晶粒尺寸也在增大[8]，ZnO納米粒子表面的氧空位隨晶粒尺寸的增大而增多[9]，氧空位一方面作為光生電子的捕獲中心能夠有效抑制電子-空穴的復(fù)合，另一方面氧空位促進(jìn)ZnO對O2的吸附，由于氧空位捕獲的光生電子與吸附氧之間具有較強(qiáng)的相互作用，從而加速對甲基橙的氧化作用。因此，后續(xù)試驗選擇最佳焙燒溫度為300℃2.2焙燒時間對甲基橙降解率的影響2.3復(fù)合膜層數(shù)對甲基橙降解率的影響2.4甲基橙初始濃度對降解率的影響2.5pH對甲基橙降解率的影響2.6光照時間對甲基橙降解率的影響2.7ZnO、WO3、WO3-ZnO對甲基橙降解率的比較為了研究WO3對ZnO光催化活性的影響，圖7給出了在相同條件下的ZnO、WO3、WO3-ZnO對甲基橙降解率的對比圖。由圖6可知，單一的ZnO和WO3的光催化活性均小于WO3-ZnO復(fù)合膜的光催化活性。這主要是因為WO3和ZnO能級之間存在差異，當(dāng)二者結(jié)合在一起時，ZnO導(dǎo)帶上的電子向WO3遷移，而空穴則從WO3向ZnO遷移，加強(qiáng)了電子-空穴對的分離，因此，二者復(fù)合有利于提高ZnO的光催化活性。3小結(jié)WO3可以提高ZnO的光催化活性；提高焙燒溫度有利于提高催化劑的活性，而焙燒時間應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)；堿性環(huán)境有利于提高復(fù)合膜對甲基橙的降解率；當(dāng)甲基橙初始濃度為10mg/L、pH11.15時，光照60min3層復(fù)合膜對甲基橙的降解率可達(dá)到99.8%。參考文獻(xiàn)：[1]KHATAEEAR，ZAREIM.PhotocatalysisofadyesolutionusingimmobilizedZnOnanoparticlescombinedwithphotoelectrochemicalprocess[J].Desalination，2011，273（2-3）：453-460.[2]XUSB，ZHUYF，JIANGL，etal.Visiblelightinducedphotocatalyticdegradationofmethylorangebypolythiophene/TiO2compositeparticles[J].WaterAirSoilPollut，2010，213（1-4）：151-159.[3]DANESHVARN，SALARID，KHATAEEA.Photocatalyticdegradationofazedyeacidred14inwateronZnOasanalternativecatalysttoTiO2[J].JournalofPhotochemistryandPhotobiologyA：Chemistry，2004，162（2-3）：317-322.[4]KHODJAAA，SEHILIT，PILICHOWSKIJ，etal.Photocatalyticdegradationof2-phenylphenolonTiO2andZnOinaqueoussuspensions[J].JournalofPhotochemistryandPhotobiologyA：Chemistry，2001，141（2-3）：231-239.[5]SERPONEN，MARUTHAMUTHUP，PICHATP，etal.Exploitingtheinterparticleelectrontransferprocessinthephotocatalysedoxidationofphenol，2-chlorophenolandpentachlorophenol：chemicalevidenceforelectronandholetransferbetweencoupledsemiconductors[J].JournalofPhotochemistryandPhotobiologyA：Chemistry，1995，85（3）：247-255.[6]郭書霞，張興堂，趙慧玲，等.納米氧化鋅的制備與發(fā)光性能的研究[J].無機(jī)化學(xué)學(xué)報，2006，22（4）：724-728.[7]程利芳，張興堂，陳艷輝，等.WO3納米管的模板法制備及表征[J].無機(jī)化學(xué)學(xué)報，2004，20（9）：1117-1120.[8]曾令可，李秀艷，劉平安，等.納米ZnO光催化