納米TiO-,2-光催化劑的合成及對(duì)苯酚廢水的降解研究.pdf

1、我國水污染嚴(yán)重,廢水中含有大量的有機(jī)酚類化合物,難于降解,而納米TiO2作為光催化劑幾乎可以降解所有的有機(jī)酚類化合物。因此,TiO2光催化氧化技術(shù)是一種頗有理論研究價(jià)值和應(yīng)用前景的廢水治理技術(shù),該技術(shù)已引起人們廣泛的關(guān)注。其中,納米TiO2光催化劑的制備是該研究的核心問題。 納米TiO2光催化劑具有安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、無毒、環(huán)保、重復(fù)利用性強(qiáng)等特點(diǎn),能降解絕大多數(shù)有毒、有害、難以降解的有機(jī)污染物并將其礦化,不會(huì)產(chǎn)生二次污染,因此,

2、利用納米TiO2光催化劑降解廢水中的酚類化合物,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本文以“納米TiO2光催化劑的制備”為目標(biāo),研究了兩類TiO2的制備方法(溶膠-凝膠法和TiCl4水解法)。通過這兩類方法制備了一系列催化劑,并通過BET、TG-DTA、XRD、Ramaa光譜和紫外-可見光譜等技術(shù)對(duì)催化劑進(jìn)行表征,以苯酚為降解目標(biāo)分子考察了催化劑的活性。本研究的主要結(jié)果如下： 1.溶膠-凝膠法和TiCl4水解法制備TiO2光催化劑的研

3、究晶型對(duì)光催化劑的活性有很大的影響：無定型TiO2幾乎沒有光催化活性,銳鈦礦型TiO2的活性最好,金紅石型的活性介于兩者之間；催化劑顆粒的粒徑對(duì)催化劑活性的影響非常大,粒徑越小催化劑的活性越好；催化劑的濃度對(duì)降解率有較大影響,在本反應(yīng)體系中,催化劑的最佳濃度為2 g/L;苯酚溶液的初始濃度對(duì)降解率有很大影響,苯酚溶液的初始濃度越低其降解率越高,而初始濃度越高降解率則越低：氧化劑的加入可以大大提高TiO2光催化劑的活性,H2O2濃度僅為1

4、 mL/L,時(shí),TiO2光催化劑的活性就有很大幅度的提高。 2.改進(jìn)的溶膠一凝膠法制備超細(xì)TiO2光催化劑的研究以硬脂酸為防團(tuán)聚劑改進(jìn)的溶膠-凝膠法制得的TiO2有較強(qiáng)的光催化活性,硬脂酸的加入能有效地增大TiO2光催化劑的比表面積,同時(shí),也能有效地抑制TiO2光催化劑在焙燒過程中粒徑的增大,當(dāng)硬脂酸和鈦酸丁酯的摩爾比為1.5:1時(shí),得到的TiO2粉體為單一銳鈦礦晶型,粒徑11 nm,450℃焙燒后,比表面積仍可達(dá)117.13

5、m2/g,該比表面積大于市售的P25(氣相法二氧化鈦,德國Degussa公司生產(chǎn));拉曼譜峰中141 cm-1處的譜峰有較大藍(lán)移,位移3.3 cm-1;催化劑反應(yīng)活性的最佳條件是：催化劑焙燒溫度為450℃,濃度為2 g/L,苯酚溶液初始濃度為10 mg/L時(shí),光照2 h,苯酚的降解率可達(dá)97.0％。 3.(NH4)2SO4修飾TiCl4水解法制備的TiO2光催化劑的研究在TiCl4水溶液中加入(NH4)2SO4,并利用高溫水浴加速TiO

6、2粉體的沉淀,制備了比表面積大,平均粒徑小,熱穩(wěn)定性好的TiO2光催化劑,其中,水浴溫度為90℃,Ti與(NH4)2SO4摩爾比為1:2時(shí),制備的光催化劑經(jīng)400℃焙燒后比表面積仍有138.2 m2/g,平均粒徑只有9 nm;采用(NH4)2SO4修飾制備的TiO2光催化劑其銳鈦礦晶型的熱穩(wěn)定性有很大的提高,XRD和Raman結(jié)果均顯示,當(dāng)焙燒溫度為700℃時(shí),TiO2的銳鈦礦晶型才開始向金紅石晶型轉(zhuǎn)變；XRD結(jié)果顯示,控制不同水浴溫度