纳米TiO2的制备及其光催化降解甲基橙.pdf

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1、第30卷第1期东北电力大学学报Vo1．30．No．12010年2月JournalOfNortheastDianliUniversityFeb．，2010文章编号：1005—2992(2010)01—0035—04纳米TiO2的制备及其光催化降解甲基橙孙墨杰，王小青，贾若琨(东北电力大学化学工程学院，吉林吉林132012)摘要：以TiC14、氨水及双氧水为主要原料，通过水解法制备出纳米TiO光催化剂。采用SEM分析手段对制备的TiO：颗粒进行了表征。以甲基橙溶液模拟染料废水，TiO：为催化剂，在紫外光照条件下考察了TiO2投加量、甲基橙初始浓度、光照时

2、间、溶液pH值及重复利用次数对甲基橙光催化降解效率的影响。实验结果表明：TiO最佳的投加质量浓度为0．20g／L；光催化反应4h后，甲基橙的降解率可达95．67％；酸性条件有助于甲基橙的去除；TiO光催化剂在重复使用5次之后仍能保持较高的催化活性，甲基橙的降解率为90．35％。关键词：TiO2；光催化氧化；甲基橙中图分类号：O614．4文献标识码：A染料污染物多为有毒有害的难降解有机物，对人体的健康危害巨大，已经引起人们越来越广泛的关注。全球每年大约产生70万吨的染料污染物，其中50％为偶氮染料¨J。据统计，我国印染行业每年废水排放量高达1．6×10

3、Ill，成为排放废水和污染物量较大的行业之一_2J。印染工业的废水具有有机物含量高、成分复杂、色度深及难降解等特点。传统的处理方法如生物处理、混凝沉淀、膜技术等工艺对于染料污染物的去除能力差，而且容易引起二次污染I4J。高级氧化技术形成于20世纪8O年代，它能够深度地处理有毒有机污染物。它的原理是通过化学或物理化学等方法形成氧化性极强的羟基自由基和超氧自由基，通过自由基的反应，能够将有机物氧化甚至彻底矿化为二氧化碳和水等无害的无机物J。由于高级氧化技术所具有的优点，近年来采用该技术处理高浓度、难降解的有机废水已成为国内外研究的热点J。其中，半导体光催

4、化氧化技术由于对多种有机物具有明显的降解效果而具有广阔的应用前景。在众多的半导体金属氧化物中，TiO由于其价廉、高效、无毒以及不产生二次污染等优点成为最具潜力的光催化剂。将TiO：光催化氧化技术应用于偶氮染料废水的处理国内外已经有了大量的研究。本文以TiC1为主要原料，采用水解法制备TiO光催化剂，并用于甲基橙模拟的偶氮染料废水光催化氧化的降解研究。从甲基橙初始浓度、TiO：投加的质量浓度、光照时间及pH等因素考察对甲基橙降解效率的影响，确定了最佳的实验条件，实现了紫外光照条件下偶氮染料废水的高效降解。1实验材料与方法采用SEM方法分析制备的TiO：

5、表面形貌结构。通过721型分光光度计测定甲基橙溶液降解前后吸光度的变化来评价TiO的光催化性能。1．1TiO光催化剂制备将装有50ml38％盐酸的250ml锥形瓶置于冰水浴中，在磁力搅拌下将111ml四氯化钛溶液缓慢收稿日期：2009—12—10基金项目：吉林省科技厅(批准号：20070507)；吉林市科技局(吉林市杰青200709)作者简介：孙墨杰(1967一)，男，博士，教授，主要从事纳米半导体光催化材料研究，36东北电力大学学报第3O卷加入其中。搅拌15min后，得到微黄色清亮透明的四氯化钛溶液，然后转入iL容量瓶中，稀释至刻度配制成浓度约为1

6、mol／L的溶液。取配置好的上述溶液lOml于100ml的容量瓶中并稀释至刻度，得到0．1moVL的四氯化钛溶液。取0．1mol／L的四氯化钛溶液50ml，用蒸馏水稀释至160ml，置于250ml锥形瓶中，用冰水浴冷却至l0cc，边搅拌边滴加28ml的30％HO：，得到棕色溶液(PH一1)，再继续滴加18rnl的28％浓氨水，搅拌5min后产生大量沉淀。将锥形瓶放在磁力搅拌器上继续搅拌3h后，将得到的黄色沉淀用滤纸过滤，水洗加乙醇洗后，置于干燥箱内120cC干燥2h，然后放人马弗炉中450℃煅烧2h，即得到二氧化钛颗粒。1．2主要分析项目配置一定浓度

7、的甲基橙溶液，取40rnl置于40×75的培养皿中，加入适量的TiO光催化剂，置于自制的光催化反应器中。光源距反应器皿的距离约为10elii，开启紫外灯反应一定的时间。催化反应结束后静置5min，取上清液用10mm比色皿在最大吸收波长464nnl处测降解后甲基橙溶液的吸光度。根据绘制的标准曲线计算出降解后甲基橙的浓度C，降解率由下式计算：：×100％(1)一Ja2实验结果与讨论2．1TiO2的SEM表征TiO2的SEM如图1所示。由形貌分析可以看出，制备出的TiO：颗粒在几纳米到几十纳米之间，属于纳米级材料，但局部有团聚的现象。2．2甲基橙光催化降解

8、实验研究2．2．1TiO投加量对甲基橙降解率的影响配置20mg／L的甲基橙溶液4Oml，分别加入TiO20．