光电催化降解（精选9篇）
光电催化降解 篇1
摘要：采用电化学阳极氧化法在金属钛表面制备锐钛矿型TiO2纳米管,并以TiO2纳米管薄膜为阳极,考察溶液pH、外加偏压以及NaCl浓度对酸性橙的光电催化降解反应的影响。实验结果表明:在溶液pH为3.0、外加偏压为2.5 V、NaCl浓度为0.05 mol/L的最佳实验条件下反应30 min,酸性橙降解率可达99.99%;TiO2纳米管重复使用25次,酸性橙降解率仍可达94.57%。
关键词：二氧化钛纳米管,光电催化,降解,酸性橙,废水处理
偶氮类染料具有颜色品种齐全、色调鲜艳等特点,是目前常用的染料,如甲基橙、酸性橙等。但这类染料具有难降解、高毒性、高残留的缺点,任意排放会对人类生产生活用水造成较大危害。目前,偶氮类染料废水的处理方法有臭氧氧化法、超声降解法、辐射法和光催化氧化法等[1]。臭氧氧化法处理有机废水速率快、无二次污染,但存在臭氧利用率低、氧化能力不足及臭氧含量低等问题;超声降解法对含卤化合物的氧化效果显著,但仍处于实验室探索阶段[2];辐射法同样能够降解有害物质,但工艺要求高、能耗大、能量利用率低;而以TiO2为光催化剂的光催化氧化法具有光催化活性高、热稳定性好、无毒、价格低、可以利用太阳光作为能源等诸多优点受到极大关注[3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]。但目前将Ti O2纳米管应用于光催化降解酸性橙染料的报道并不多见[17,18]。
本工作采用电化学阳极氧化法在金属钛表面制备锐钛矿型TiO2纳米管,并以TiO2纳米管薄膜为光催化剂,以酸性橙溶液模拟偶氮类染料废水,对以TiO2纳米管为光催化剂的光电催化降解酸性橙的反应条件进行了优化。
1 实验部分
1.1 试剂、材料和仪器
实验用试剂均为分析纯。
钛板、镍板:纯度99.6%,工业级。
WYK-505型直流电源:东方集团易事特公司;FA2104N型电子天平:上海民桥精密科学仪器有限公司;KQ-100B型数控超声波清洗器:昆山市超声仪器有限公司;JB-1A型磁力搅拌器:上海雷磁仪器厂;SX2-2.5-12型箱式电阻炉:天津市中环实验电炉有限公司;RSUV-500W型高压汞灯:主波长365 nm,天津瑞森特紫外线设备有限公司;LK3200A型电化学工作站:天津兰力科化学电子高技术有限公司;XD-3型XRD仪:激发光源为Cu Kα(λ=0.154 06 nm),靶电压35 kV,电流20 mA,连续扫描方式,2θ为5°~80°,入射光发散窄缝为0.1°,北京普析通用仪器责任有限公司;Zeiss Supra55型SEM:德国蔡司公司;CT-6023型酸度计:西安仪器仪表有限公司;SP-2102UV型紫外分光光度计:上海光谱仪器有限公司。
1.2 TiO2纳米管的制备
将厚度为0.3 mm的钛片切成10 mm×20 mm的长方形,经丙酮、异丙醇、甲醇、蒸馏水各超声处理10 min。自然干燥后在V(HF)∶V(HNO3)∶V(H2O)=1∶3∶4的水溶液中抛光处理2 min,经去离子水清洗后,在空气中自然干燥。
以经预处理后的钛片作为阳极,镍片作为阴极,以NH4F质量分数为0.5%、H2O体积分数为8%的乙二醇为电解液。用磷酸调节体系pH至4.5,在电压为60 V的条件下阳极氧化2 h。氧化反应结束后用去离子水冲洗钛片,干燥后在马弗炉中以10℃/min的升温速率升温至450℃,并保温2 h。降至室温后得到直接在钛片上生长的纳米管薄膜,即Ti O2纳米管。
1.3 TiO2纳米管光电催化降解酸性橙
将制备的TiO2纳米管固定在自制圆柱夹套光电催化反应器(φ=4 cm)中,以80 mL质量浓度为10 mg/L的酸性橙溶液为反应液,一定浓度的NaCl溶液为电解液。利用盐酸或NaOH溶液调节pH,在光电催化反应器的电极两端施加一定阳极偏压,室温下暗室搅拌1 h后,打开循环冷却水和曝气装置(空气流量为3.0 L/min),持续搅拌,同时开启紫外灯,间隔一定时间取样测定溶液吸光度。
1.4 分析方法
采用SEM观察TiO2纳米管的表面形貌;采用XRD仪测定Ti O2纳米管的晶型结构;采用酸度计测定溶液pH;采用紫外分光光度计在酸性橙最大吸收波长486 nm下测定酸性橙溶液的吸光度,计算酸性橙降解率。
2 结果与讨论
2.1 TiO2纳米管的表征
TiO2纳米管的SEM照片见图1。TiO2纳米管薄膜的XRD谱图见图2。由图1可见,纳米管结构高度有序,管轮廓清晰,管壁光滑,管径大小均一(约160 nm),管壁厚约7 nm,管长约4μm。
由图2可见:2θ在38.19°、39.95°、52.81°、70.46°处的衍射峰是钛基底的特征峰,这是因为TiO2纳米管长度较短,因此可以检测到钛基底;在2θ为25.07°、47.84°和62.76°处出现锐钛矿型TiO2的特征峰,表明试样经过450℃退火后具有锐钛矿相。
2.2 不同降解方式对酸性橙降解率的影响
不同降解方式对酸性橙降解率的影响见图3。由图3可见:当只通过紫外线照射或只通过电催化方式处理酸性橙溶液时,4 h内酸性橙只降解了5.90%和4.56%;通过光催化降解酸性橙,降解率有所提高,4 h后降解率可达58.98%;采用光电催化的方式降解酸性橙,降解率大幅提高,2 h内酸性橙基本完全降解。这是由于外加偏压能够有效抑制光生载流子复合,更多光生空穴能够在偏压作用下迁移至Ti O2表面参加反应,提高了光催化效率。
2.3 溶液pH对光催化降解酸性橙降解率的影响
溶液pH对光催化降解酸性橙降解率的影响见图4。由图4可见:酸性橙降解率在中性条件下最低,在偏酸性或偏碱性条件下较高;当溶液pH为3.0时,光催化降解4 h后酸性橙降解率达58.98%。这主要是受到TiO2等电点和自由基影响,一般认为水溶液中TiO2等电点为6.6[19]。当溶液pH>6.6时,TiO2表面带负电,对溶液中显负电性的酸性橙以及OH-产生一定的排斥作用;当溶液pH<6.6时,TiO2表面带正电,极易吸附溶液中显负电性的酸性橙以及OH-,这样紫外光激发产生的光生空穴能够及时与羟基生成羟基自由基,进而与吸附在催化剂表面的酸性橙进行反应。酸性橙中偶氮键在羟基自由基的作用下更容易发生开裂,偶氮键开裂后生成中间产物苯酚,苯酚极易被氧化成苯醌,醌式结构在酸性条件下更容易开环成小分子物质[20]。
2.4 外加偏压对光电催化降解酸性橙降解率的影响
外加偏压对光电催化降解酸性橙降解率的影响见图5。由图5可见:当外加偏压从0.4 V增至2.5V时,酸性橙降解率逐渐升高;外加偏压为2.5 V时,2 h内酸性橙基本完全降解;继续增加偏压降解率略有下降。这是因为TiO2空间电荷层的厚度有限,当光强固定时光生电子的数量也是一定的,外加阳极偏压到达一定值时,空穴与电子已经充分分离形成饱和光电流[21],在光电流接近饱和状态时,继续增大外加偏压对光电催化降解率影响不明显。
2.5 NaCl浓度对光电催化降解酸性橙降解率的影响
NaCl浓度对光电催化降解酸性橙降解率的影响见图6。由图6可见:当NaCl浓度由0增至0.05mol/L时,酸性橙降解率逐渐升高;NaCl浓度为0.05 mol/L时,反应30 min后,降解率达99.99%;继续增加NaCl浓度,酸性橙降解率反而下降。电解质的加入可以显著增强溶液导电能力,电荷转移加速,捕获光致空穴能力提高,反应速率加快。另外,Cl-能够被迁移至TiO2表面的光生空穴以及羟基自由基氧化成Cl2、HClO和ClO-等氧化性物种[22],这些含氯活性物种能够将有机物氧化,间接提高了光电催化反应活性。
2.6 TiO2纳米管重复利用性
重复利用性是催化剂的一项重要性能指标,高重复利用率可降低实际工艺成本。在溶液pH为3.0、外加偏压为2.5 V、Na Cl浓度为0.05 mol/L的最佳实验条件下,Ti O2纳米管的重复使用次数对光电催化降解酸性橙降解率的影响见图7。由图7可见,重复使用25次后酸性橙降解率仍可达94.57%,相比初次使用时的酸性橙降解率只出现了小幅下降,说明Ti O2纳米管的重复利用性能很好。
3 结论
a)采用电化学阳极氧化法制备的TiO2纳米管具有高度有序结构,管径160 nm、管壁厚7 nm、管长4μm;经过450℃退火处理后,呈锐钛矿型。
b)以TiO2纳米管作为光催化剂,光电催化降解酸性橙,在溶液pH为3.0、外加偏压为2.5 V、NaCl浓度为0.05 mol/L的最佳实验条件下,反应30 min,酸性橙降解率可达99.99%。
c)在最佳实验条件下,TiO2纳米管重复使用25次后,酸性橙降解率仍可达94.57%,表明Ti O2纳米管具有很好的重复利用性。
光电催化降解 篇2
电催化氧化降解酚类废水的研究
采用电催化氧化技术(Electrocatalysis Technology)降解酚类化合物, 以紫外-可见光谱和反相高效液相色谱研究了苯酚降解的.机理.利用有机分子结构的理论及循环伏安曲线对不同酚类化合物降解的差异进行了分析, 实验发现本体系对多羟基酚类化合物具有很好的降解效果, 5种酚被氧化降解的趋势依次是:邻苯二酚＞间苯三酚＞对苯二酚＞间苯二酚＞苯酚, 邻苯二酚的CODCr去除率可达到95%以上.
作 者：林少琴 陈玉峰 郑曦 陈日耀 陈震 LIN Shao-qin CHEN Yu-feng ZHENG Xi CHEN Ri-yao CHEN Zhen 作者单位：林少琴,LIN Shao-qin(福建教育学院生化系,福建,福州,350001)陈玉峰,郑曦,陈日耀,陈震,CHEN Yu-feng,ZHENG Xi,CHEN Ri-yao,CHEN Zhen(福建师范大学,化学与材料学院,福建,福州,350007)
刊 名：福建师范大学学报（自然科学版） ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF FUJIAN NORMAL UNIVERSITY (NATURAL SCIENCE EDITION) 年，卷(期)： 21(3) 分类号：X703 关键词：电催化氧化 酚类废水 羟基自由基 循环伏安曲线光催化和光降解技术 篇3
由于“光催化”和“光降解”技术所具有的特殊功能和优势, 已开始成为解决工业环境和生活环境中的某些污染气体或液体治理难题的突击手和生力军。而且目前, 我们还在研究一些比上述的“光催化”或“光降解”方法更具有特色的新的与光的科学有关的技术, 努力在环境污染治理或净化领域中, 发展一种以光的技术为特色的独具优势的技术分支。
项目内容
(1) 不同功率、不同几何尺寸、不同使用要求、适合用于不同产品配套的特种光辐射器件与组件;
(2) “光催化”或“光降解”器件的能源;
(3) “光催化”或“光降解”的试验与预评估装置;
(4) 污染液体或气体的“光催化”或“光降解”工业装置设计;
(5) “光催化”或“光降解”的节能与太阳能利用;
(6) “光催化”中的催化剂;
(7) “光催化”或“光降解”中的自动控制技术, 等等。
项目应用范围
(1) 常规生物化学方法难以处理的工业污水的预处理或增强处理环节;
(2) 与生物化学方法联合的环境污染治理新型系统;
(3) 工业排放、生产环境和生活环境的有害气体, 如:恶臭气体、甲醛、硫化氢、氨气、电化学废气、烟气等的处理与空气净化;
(4) 大规模特殊生产加工场合弥散的有害空气净化;
(5) 垃圾场空气污染条件下的工位空气净化;
(6) 医用、民用或家用的环境空气洗涤机或空气净化器;
(7) 家庭日用装置, 如:厨房、鞋柜、抽水马桶、洁牙器具等的异味清新器。
作为新技术, “光催化”或“光降解”必将在应用与发展中不断创造新的商机。
合作方式
技术服务, 技术咨询, 技术转让等。
单位:南京理工大学科技处科技协作科
地址:南京市孝陵卫200号
邮编:210094
催化臭氧氧化法降解土霉素废水 篇4
采用Mn2+-MnO2催化臭氧氧化降解土霉素废水,考察了pH值、臭氧流量、催化剂配比及投加量、自由基抑制剂等因素对降解效果的影响.结果表明:Mn2+-MnO2催化剂的`使用,可使废水CODCr去除率由单独臭氧氧化的35.3%提高到70.8%,同时还证实了催化臭氧氧化降解土霉素废水主要是自由基的氧化作用.
作 者：王春平刘清福 马子川 Wang Chunping Liu Qingfu Ma Zichuan 作者单位：王春平,刘清福,Wang Chunping,Liu Qingfu(邢台学院生化系,河北,邢台,054001)
马子川,Ma Zichuan(河北师范大学化学学院,河北,石家庄,050091)
钛酸锶催化超声降解甲基橙 篇5
本工作以水溶性偶氮染料代表性化合物——甲基橙为研究对象,采用溶胶-凝胶法制备的钛酸锶作催化剂[17],用超声波代替紫外光降解甲基橙染料,该方法具有应用方便、安全可靠和处理效果好等特点。
1 实验方法
1.1 试剂和仪器
盐酸、氢氧化钠、硝酸锶、钛酸四丁酯、偏钒酸铵、无水乙醇、草酸、聚乙二醇(PEG-4000)、双氧水(质量分数30%)、甲基橙均为分析纯。实验用水为超纯水。
KQ2100型系列超声反应器:昆山市超声仪器有限公司;UV-1800PC型紫外-可见分光光度计:上海美谱达仪器有限公司;X'PERT PRO MPD型X射线衍射(XRD)仪:荷兰帕纳科公司;JSM-5510LV型扫描电子显微镜(SEM):日本电子公司。
1.2 催化剂的制备
将钛酸四丁酯的醇溶液缓慢滴入剧烈搅拌的硝酸锶溶液中,待混合均匀后加入草酸溶液和PEG-4000溶液,当pH为1.00时发生共沉淀,陈化,经去离子水多次洗涤后干燥,最后高温焙烧即得钛酸锶粉体催化剂。
称取一定量偏钒酸铵和适量钛酸锶催化剂,加入草酸搅拌,待溶解后继续加热搅拌至蒸发干燥,然后放入马弗炉焙烧,即得掺杂V2O5的钛酸锶复合催化剂。
1.3 催化超声降解实验
取100 mL质量浓度为20 mg/L的甲基橙溶液,加入一定量催化剂,用盐酸和氢氧化钠调节pH,加入一定量双氧水,在25℃下放入超声反应器中进行降解实验,超声功率为50 W,超声频率为40kHz。每隔一定时间取样,测定甲基橙溶液在最大吸收波长460 nm处的吸光度,计算甲基橙降解率。
2 结果与讨论
2.1 催化剂的表征
本实验制备的钛酸锶粉体的XRD谱图见图1。由图1可见,与JCPDS标准卡片(No.35-0734)对照,所得产物为立方相钛酸锶,并且图谱上没有杂质峰,说明制备的钛酸锶试样较纯。
2.2 空白实验
当溶液pH为2.00时,超声和双氧水对甲基橙降解率的影响见图2。由图2可见:在不加钛酸锶的超声降解实验中,甲基橙降解率小于1%;加入双氧水后,虽然降解率有所增加,但120 min后的甲基橙降解率仍只有1.6%,降解效果较差。
●超声降解;■双氧水加入量为10 mL/L的超声降解
2.3 溶液pH对甲基橙降解率的影响
当钛酸锶加入量为1.0g/L、双氧水加入量为10.0 mL/L时,溶液pH对甲基橙降解率的影响见图3。由图3可见:在pH为2.00时,甲基橙降解率最高,催化超声降解效果最明显,反应120 min后甲基橙降解率可达到98.20%;随溶液pH的升高,甲基橙降解率呈下降趋势,当溶液pH大于10.00后,甲基橙降解率很小。这说明甲基橙在强酸性条件下降解速率较快,本实验中合适的甲基橙溶液初始pH为2.00。
溶液pH:■1.00;■1.50;▲1.75;◆2.00;○6.00;□10.00
有研究表明:溶液pH≤3.00时,甲基橙为醌式结构,以分子态存在;溶液pH≥6.50时,甲基橙逐渐转为偶氮式结构,以离子态存在。在酸性条件下,甲基橙呈分子态,易挥发进入气相区,在空穴中的高温高压下,发生热分解反应和氢氧自由基反应[18]。提高溶液的pH,甲基橙电离度将增大,离子态的甲基橙无法进入气相区,降解率较低。因此,酸性条件下甲基橙的降解率高。然而溶液pH过低时,溶液中存在大量的H+与·OH反应将消耗掉一部分自由基,不利于甲基橙的降解[19]。因此,溶液pH为2.00时,钛酸锶超声降解甲基橙效率最高。
2.4 双氧水加入量对甲基橙降解率的影响
当溶液pH为2.00、钛酸锶加入量为1.0 g/L时,双氧水加入量对甲基橙降解率的影响见图4。由图4可见:随着双氧水加入量增加,甲基橙降解率增大;当双氧水加入量大于10.0 mL/L后,继续增加双氧水加入量,甲基橙降解率反而下降。双氧水加入量增加,·OH和·OOH等自由基的生成量增加,从而加快气液表面和溶液中有机物的氧化,但过量的双氧水可能与甲基橙在催化剂表面发生竞争吸附或可能成为空穴和·OH的捕获剂,此时会降低降解效果[20],因此合适的双氧水加入量为10.0 mL/L。
双氧水加入量/(mL.L-1):●5.0;■7.5;▲10.0;◆15.0;○17.5
2.5 钛酸锶加入量对甲基橙降解率的影响
当溶液pH为2.00、双氧水加入量为10.0 mL/L时,钛酸锶加入量对甲基橙降解率的影响见图5。
钛酸锶加入量/(g.L-1):●0.2;■0.5;▲1.0;◆1.2
由图5可见,随着钛酸锶加入量的增加,甲基橙降解率增大,但钛酸锶加入过多将造成成本增加,因此实验中合适的钛酸锶加入量为1.0 g/L。
2.6 钛酸锶的重复使用对甲基橙降解率的影响
当溶液pH为2.00、钛酸锶加入量为1.0 g/L、双氧水加入量为10.0 mL/L时,钛酸锶的重复使用对甲基橙降解率的影响见图6。由图6可见:反应120 min后,第一次使用的钛酸锶催化剂可使甲基橙降解率达到98.20%,二次利用的钛酸锶催化剂可使甲基橙降解率达到46.11%;延长反应时间至180 min后,第二次使用的钛酸锶催化剂的甲基橙降解率可达97.35%。实验结果表明,钛酸锶催化剂具有一定的可重复使用性。
●第一次使用;■第二次使用
2.7 钛酸锶复合催化剂中V2O5掺杂量对甲基橙降解率的影响
在上述最佳实验条件下,钛酸锶复合催化剂中V2O5掺杂量(质量分数,下同)对甲基橙降解率的影响见图7。
V2O5掺杂量,%:●0;■5;▲10
由图7可见,掺杂10%V2O5的钛酸锶复合催化剂超声催化20 min后,甲基橙降解率即可达到98.53%,是无掺杂钛酸锶催化剂的2倍,说明掺杂V2O5能显著提高钛酸锶催化剂性能。
纯钛酸锶及掺杂10%V2O5的钛酸锶的SEM照片见图8。由图8可见,掺杂V2O5后的钛酸锶颗粒更小,孔隙更多,这表明V2O5与钛酸锶发生相互作用,减小了颗粒尺寸,并提高了催化剂的比表面积,促进了活性物质在载体表面分散,从而增加了催化活性。
3 结论
a)采用溶胶-凝胶法制备了钛酸锶催化剂。当溶液pH为2.00、钛酸锶加入量为1.0 g/L、双氧水加入量为10.0 mL/L时,所制备的钛酸锶催化剂的催化超声降解甲基橙性能最高,反应120 min后,甲基橙降解率可达到98.20%。
b)钛酸锶催化剂具有一定的重复使用性,第二次使用的钛酸锶催化剂延长反应时间至180 min后,甲基橙降解率可达97.35%。
光催化降解活性翠蓝的实验研究 篇6
关键词：二氧化钛,金属掺杂,光催化
引言
偶氮染料是印染行业中最常用的染料之一, 占染料产品总量的50%以上, 是构成染料废水的主要成分。偶氮染料废水成分复杂、色度深、多含有苯环, 是难生物降解的工业废水之一, 传统的生物法或化学法脱色效果不理想。光催化技术是一种高级氧化技术[1,2], TiO2是常用的催化剂。利用紫外光光照射TiO2表面产生空穴-电子对。空穴通过夺取催化剂表面吸附的H2O、OH-、有机物等的电子, 生成具有强氧化性的羟基自由基·OH, 使污染物完全矿化, 而光生电子则具有较强的原还性。但是TiO2在应用过程中存在着电子-空穴易复合、可见光利用率低等问题[3,4]。金属掺杂是提高TiO2催化效率和拓宽TiO2光谱利用范围的有效方法之一[5,6]。本文以紫外光为光源, 研究了TiO2和掺杂金属离子TiO2降解活性翠蓝的性能, 并考察了最优催化剂的添加量和光照时间对活性翠兰脱色效果的影响。
1 材料与方法
1.1 料与试剂
实验用紫外灯主波长为254nm, 21W (深圳腾诺科技有限公司) , 活性翠蓝 (上海万得化工有限公司) , 钛酸丁酯、盐酸、无水乙醇, 醋酸均为分析纯。
1.2 TiO2及掺杂金属离子TiO2的制备
采用溶胶-凝胶法 (sol-gel) 法。在磁力搅拌下, 将一定量钛酸丁酯滴加到一定量无水乙醇中, 再加入少量醋酸, 得到均匀淡黄色透明溶液 (A) ;将一定量的蒸馏水和无水乙醇配成的溶液于剧烈搅拌下缓慢地滴加一定量的盐酸, 得到透明溶液 (B) ;然后在搅拌下将 (A) 以1滴/秒的速度缓慢地滴加到 (B) 中, 得到均匀透明溶胶, 继续搅拌3小时得半透明溶胶。在鼓风干燥箱中于95-100℃下干燥0.5hr, 得到淡黄色晶状体, 研磨后在一定的温度 (300℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃) 下焙烧2小时, 得到TiO2粉末。溶胶-凝胶法制备TiO2各组分的摩尔比为钛酸丁酯:盐酸:无水乙醇=1.0:2.5:0.06:15.0:0.5。制备掺杂金属离子TiO2时, (B) 溶液为金属盐的醇溶液, 先称取一定量金属离子盐试剂加入一定量去离子水, 边搅拌边加入一定量无水乙醇, 使之完全溶解, 配制溶液。焙烧温度为500℃, 其他操作与制备TiO2相同。制备的掺杂金属离子TiO2记为Mn+-TiO2。掺杂量按Mn2+:TiO2和W6+:TiO2摩尔比计算分别为0.2%;0.4%;0.6%;0.8%;1.0%。
1.3 光催化剂性能实验
1.3.1 最优催化剂的确定
利用颜色指示法确定最优催化剂。称取1mg的上述的催化剂于微反应器中, 加入0.25ml的待降解活性艳蓝染料 (浓度为5mg/L) 。反应在微反应器中进行。用紫外灯从上方照射, 观测颜色随时间的变化。对催化剂进行初筛选, 确定最优催化剂。
1.3.2 催化活性的比较
分别配置浓度为2、4、6、8、10mg/L的活性翠兰溶液, 取50ml加入到100ml的烧杯中, 分别加入25mg催化剂, 用紫外灯从上方照射30min, 取样于2000r/min的转速下离心分离后, 取上清液在最大吸收波长处 (610nm) , 以蒸馏水为参比测定吸光度。
2 结果与讨论
2.1 最佳催化剂的确定
图1所示分别为以TiO2、Mn2+-TiO2和W6+-TiO2为催化剂, 光照60min时的活性翠兰脱色效果。
从图1可以看出, 最优催化剂分别为TiO2 (500℃) , Mn2+-TiO2 (0.6%) 和W6+-TiO2 (0.8%) 。这是因为焙烧温度较低制备的TiO2几乎都是锐钛矿相, 随着焙烧温度的增加, 锐钛矿含量逐渐减少, 金红石型含量逐渐增加。非晶TiO2的粒子表面往往存在大量的缺陷, 易成为空穴对-光生电子复合中心。低温焙烧的TiO2晶化程度比较低, 空穴对-光生电子的复合率高, 降低了羟基自由基的产生, 光催化性能较差。随着焙烧温度的增加, 晶粒生长趋于完整, 在500℃时TiO2样品转变为具有一定比例的锐钛矿型和金红石型的混合物, 可促进空穴和光生电子的转移、分离并迁移到催化剂的表面, 有利于羟基自由基的生成, 光催化性能得到提高。焙烧温度进一步提高, TiO2的粒径迅速增大, 空穴-光生电子迁移路程变长, 导致复合率增大, 羟基自由基的生成速率降低, 催化活性随温度的进一步升高而下降。对掺杂金属离子的TiO2来说, 不同金属离子的最佳掺杂浓度不尽相同, 大于最佳掺杂浓度往往抑制光催化活性。这可能是在低于最佳掺杂浓度时, 增加金属离子浓度会使光生电子的俘获位随之增多, 提高光生电子的分离效果, 催化活性提高。当高于最佳掺杂浓度时, 掺杂离子反而会成为空穴和光生电子的复合中心, 并且过多的掺入量会使半导体粒子表面的空间电荷密度增加, 影响吸收入射光量子。
2.2 催化活性的比较
图2所示为催化剂添加量一定, 活性翠兰初始浓度为5mg/L时, 不同光照时间的吸光度。从图中可以看出, 掺杂金属离子的Mn+-TiO2的吸光度均低于TiO2, Mn2+-TiO2的色度最低。说明掺杂金属离子后TiO2的催化活性得到提高。
3 结论
3.1 制备TiO2的焙烧温度影响TiO2的催化性能, 在500℃下焙烧制备的TiO2催化活性最好。
3.2 掺杂金属离子Mn2+和W6+能够提高TiO2的光催化性能, 在掺杂量分别为和时效果最好。
参考文献
[1]李国亭, 曲久辉, 张西旺, 等.光助电催化降解偶氮染料酸性橙II的降解过程研究[J].环境科学学报, 2006, 26 (10) :1618-1266.
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铱涂层钛电极电催化氧化降解喹啉 篇7
本工作采用不同阳极的电催化氧化方法降解模拟焦化废水(简称废水)中的喹啉,对工艺条件及降解机理进行了初步探讨。
1 实验部分
1.1 试剂和仪器
喹啉、硫酸钠、重铬酸钾等:分析纯。
85-2型磁力搅拌器:金坛市医疗仪器厂;GPC-3060D型直流稳压电源:固纬电子有限公司;CARY50型紫外分光光度计:美国Varian公司;Apollo9000型TOC测定分析仪:Tekmar-Dohrmann公司;Agilent 1200型高效液相色谱(HPLC)仪:美国Agilent公司;Agilent 1100 LC/MSD型液质联用系统(LC-MS):美国Agilent公司。锡锑、铱、钌涂层的钛电极:北京恒力钛工贸有限公司; BODTrakTM型BOD5测定分析仪:哈希公司。
1.2 实验方法
取600 mL一定质量浓度的废水(电解质Na2SO4浓度为0.06 mol/L),以石墨为阴极,考察阳极种类、初始pH、极板间距、电流密度和废水中喹啉初始质量浓度对喹啉去除率的影响。
1.3 分析方法
COD采用重铬酸钾法测定[2];BOD5采用BOD5测定分析仪测定; TOC、总无机碳(IC)、TN采用TOC测定分析仪测定; HPLC操作条件:采用紫外检测器,流动相甲醇和水的体积比为 50 ∶50,流量1 mL /min,检测波长313 nm,进样量20 μL[5];LC-MS操作条件:Agilent LC/MSD TrapXCT型离子阱-电喷雾离子源,毛细管电压1 500 V,雾化气压力40 psi(1 psi=6.895 kPa),干燥气流量10 L/min,干燥气温度250 ℃,质谱扫描范围m/z为50～250[6]。
2 结果与讨论
2.1 单因素实验
2.1.1 电极种类对喹啉去除率的影响
当废水中喹啉初始质量浓度为25 mg/L、废水初始pH为7、极板间距为2 cm、电流密度为4 mA/cm2时,电极种类对喹啉去除率的影响见图1。由图1可见:分别以锡锑、铱、钌涂层的钛电极为阳极、反应240 min时,喹啉去除率分别为67.1%、49.8%和37.3%。这说明锡锑涂层钛电极的催化氧化活性较高[7,8];但实验发现在多次使用锡锑涂层的钛电极时所需电压大幅度增加,最终电极无法使用。电极失效主要是由于阳极极化后电极表面结构发生变化,涂层与基体晶型结构和膨胀系数发生变化,使二者结合力变弱,此外新生态氧原子扩散形成TiO2绝缘层所致[9,10]。以下实验采用铱涂层的钛电极为阳极。
2.1.2 废水初始pH对喹啉去除率的影响
当废水中喹啉初始质量浓度为25 mg/L、极板间距为1 cm、电流密度为10 mA/cm2时,废水初始pH对喹啉去除率的影响见图2。由图2可见:在中性和弱碱性条件下喹啉去除效果较好;废水初始pH为9时,反应240 min 后喹啉去除率为81.0%。有文献表明,在强碱性有机溶液氧化过程中,在阳极表面容易产生不溶于水的聚合物,最终形成一层膜,阻碍反应进行,致使降解效果变差[1,11]。废水初始pH为9时喹啉去除效果最好。
2.1.3 电流密度对喹啉去除率的影响
当废水中喹啉初始质量浓度为25 mg/L、废水初始pH为7、极板间距为1 cm时,电流密度对喹啉去除率的影响见图3。由图3可见:随着电流密度的增加,喹啉去除率增大,这是由于体系内可用于降解的能量增大,反应速率加快,氧化效果明显;当电流密度由20 mA/cm2升高到40 mA/ cm2时,喹啉去除率无明显提高,分别为85.1%和85.9%,原因可能是电流密度过大引起析氢的副反应增大,使喹啉的降解受到影响[12]。因此最佳电流密度为20 mA/cm2。
2.1.4 废水中喹啉初始质量浓度对喹啉去除率的影响
当废水初始pH为7、极板间距为1 cm、电流密度为10 mA/cm2时,废水中喹啉初始质量浓度对喹啉去除率的影响见图4。由图4可见:随着废水中喹啉初始质量浓度增大,喹啉去除率减小;废水中喹啉初始质量浓度为25 mg/L时,反应240 min后喹啉去除率为81%。
2.1.5 极板间距对喹啉去除率的影响
当废水中喹啉初始质量浓度为25 mg/L、废水初始pH为7、电流密度为10 mA/cm2时,极板间距对喹啉去除率的影响见图5。由图5可见:随着极板间距的增大,喹啉去除率减小;在极板间距为1 cm时,反应240 min后喹啉去除率为82.6%。减小极板间距有利于减小对流、扩散传质的距离,降低传质阻力。在恒电流条件下,极板间距的减小使两极间电阻下降,电压降低,由电能转化为热能的能量消耗也相应变少,有利于减少电耗。
由于废水中喹啉初始质量浓度太低不利于检出,以下实验选择废水中喹啉初始质量浓度为100 mg/L。在废水中喹啉初始质量浓度为100 mg/L、废水初始pH为9、极板间距1 cm、电流密度20 mA/cm2、反应720 min时,喹啉去除率为88.1%。降解反应符合一级反应动力学曲线[13]。
2.2 反应机理初步探讨
在上述实验条件下,喹啉降解过程中的紫外-可见光谱谱图见图6。由图6可见,随着反应时间的延长,在313 nm处的喹啉吸收峰逐渐减小,这说明电催化氧化体系对喹啉有较好的降解效果。
喹啉降解过程中废水COD及BOD5/COD的变化情况见图7。由图7可见:反应1 h后,废水COD急剧升高,这说明重铬酸钾法在测定原水COD时不能将喹啉彻底氧化,未能反应原水的真实COD,随着反应的进行,喹啉被氧化生成了小分子的中间产物,使COD增大;随着反应继续进行,COD缓慢降低,说明喹啉和中间产物均得到降解;反应720 min后,COD仍然高于处理前,这说明此时体系中污染物尚未降解完全;随反应时间的延长,BOD5/COD从0.01增大到0.12,废水可生化性有显著提高,说明中间产物的生物毒性比喹啉小。
喹啉降解过程中IC、TOC和TN的变化情况见图8。喹啉降解过程中废水的温度和电压见图9。由图8可见:随着反应时间的延长,TOC和TN逐渐减小,720 min后TOC和TN的去除率分别为31.3%和35.3%,此时喹啉去除率为88.1%,这说明喹啉并未被彻底降解,体系中中间产物所占比重较大[14];反应前体系IC为0,反应0～60 min时,IC急剧升高,这说明体系内有CO2等以无机碳为主的降解产物生成,反应60 min后IC缓慢下降,结合图9,由于废水温度缓慢升高,CO2在水中的溶解度有所降低。由图9可见,在恒电流条件下,随着反应时间的延长,体系的电压逐渐降低,这是因为降解过程中产生了新的离子,如CO32-、HCO3-等无机离子以及降解喹啉生成的中间产物,使溶液中导电离子增多,从而增强了溶液的导电性能。
喹啉降解过程中的液相色谱谱图见图10。由图10可见,谱图中保留时间为7.2 min处的色谱峰为喹啉特征峰,随着反应时间的延长,7.2 min处的峰面积减小,说明喹啉得到降解;在保留时间为3.1,5.8,11.3 min处出现新的吸收峰,这说明体系生成了新的中间降解产物。
反应时间为0 min时,在废水的质谱中检测到质荷比(m/z)为130的吸收峰;反应时间为120 min时,在质谱中检测到3个吸收峰, m/z分别为130、134和146;反应时间为720 min时,在质谱中检测到4个吸收峰, m/z分别为130、134、146和165。推测的喹啉降解途径见图11。由图11可见,喹啉经过氧化,最终实现开环,结合BOD5的测定,说明降解产物的生物毒性下降,废水的可生化性提高[15,16]。各m/z可能的结构式为:130(Ⅰ),134(Ⅳ),146(Ⅱ、Ⅲ),165(Ⅵ、Ⅶ)。
3 结论
a)采用电催化氧化方法降解废水中的喹啉,以铱涂层的钛电极为阳极、废水中喹啉初始质量浓度为100 mg/L、废水初始pH为9、极板间距1 cm、电流密度20 mA/cm2、反应时间720 min时,喹啉去除率为88.1%。
b)喹啉经过氧化反应,最终实现开环,降解产物的生物毒性小于喹啉,使废水的可生化性提高。电催化氧化工艺对喹啉等多环杂环有机物有较好的降解效果,但难以彻底降解。
摘要：采用电催化氧化降解模拟焦化废水中的喹啉,研究了电极种类、废水初始质量浓度、废水pH、极板间距和电流密度对喹啉去除率的影响。实验结果表明,在以铱涂层钛电极为阳极、废水中喹啉初始质量浓度为100m g/L、废水pH为9、电流密度为20mA/cm2、极板间距为1cm、反应时间为720m in时,喹啉去除率达88.1%。并初步探讨了降解产物和反应机理。
光电催化降解 篇8
1 实验
1.1 药品、试剂与分析仪器
药品、试剂:钛酸丁酯, 江苏永华精细化学品有限公司;盐酸、氨水、冰乙酸, 浙江中星化工试剂有限公司;甲基橙, 汕头市西陇化工有限公司;甲基红, 天津市光复精细化工研究所;甲基紫 (结晶紫) , 广东汕头西陇化工有限公司;亚甲基蓝, 中国上海试剂总厂;孔雀石绿 (苯胺绿、品绿) , 上海展云化工有限公司。各药品、试剂均为分析纯。
分析仪器:紫外-可见光分光光度仪 (Spectrum722型) ;电子天平 (BS124S, 赛多利斯科学仪器 (北京) 有限公司) ;自制的光化学反应器 (以1 000 W氙灯为光源模拟太阳光) 。
1.2 酞菁-二氧化钛光催化剂的制备
采用溶胶-凝胶 (Sol-Gel) 法制备酞菁-Ti O2光催化剂。在酸式滴定管中装入22 ml的钛酸丁酯, 另取25 ml的无水乙醇于100 ml烧杯中, 缓慢滴加钛酸丁酯, 控制滴定速度, 50 min左右滴完, 得到溶液A。水浴加热集热式恒温磁力搅拌器至最佳温度, 安装三颈烧瓶装置、温度计和滴液漏斗。在150 ml三颈烧瓶中加入100 ml蒸馏水、用25 ml盐酸和25 ml冰醋酸, 搅拌混匀使p H为1, 配得溶液B。将A溶液装入滴液漏斗, 滴入B溶液, 同时不断进行搅拌, 搅拌速度为600 r/min, 控制滴定速度, 约1 h滴完, 然后分别称取2 g光敏剂酞菁铁、酞菁镍、酞菁铜和酞菁钴加入到Ti O2的溶胶中, 再搅拌2 h, 得4种光催化剂溶胶 (酞菁铁-Ti O2催化剂、酞菁铜-Ti O2催化剂、酞菁钴-Ti O2催化剂、酞菁镍-Ti O2催化剂) 。将制备的溶胶倒入烧杯中, 用保鲜膜覆盖, 置70℃烘箱中陈化4天, 再敞开烘干至粉末, 即得酞菁-Ti O2催化剂。
1.3 光催化降解实验
分别在具塞试管中依次加入50 ml (10 mg/L) 的有机染料 (甲基橙、甲基红、甲酚紫、亚甲基蓝、孔雀石绿) 和0.01g的酞菁-Ti O2光催化剂, 光照之前磁力搅拌30 min以建立起吸附-脱附平衡, 再加入1 ml双氧水, 在光源照射下进行反应。整个体系在反应前后都保持与大气相通。在光照一定时间后, 取1 ml反应液离心分离、过滤除去催化剂颗粒, 然后用紫外分光光度计测定滤出液中有机染料的吸光度, 根据公式, 计算光催化降解率 (η) :
其中:A0是有机染料光催化降解前的吸光度;A是有机染料光催化降解后的吸光度。取甲基橙溶液0.1 ml稀释到15 ml, 在463 nm处测其吸光度, A0=2.496。取甲基红溶液1 ml稀释到10 ml, 在410 nm处测其吸光度, A0=1.120。取甲基紫溶液0.1 ml稀释到50 ml, 在479 nm处测其吸光度, A0=2.513。取亚甲基蓝溶液0.2 ml稀释到30ml, 在662 nm处测其吸光度, A0=2.436。取孔雀石绿溶液0.2 ml稀释到30 ml, 在617 nm处测其吸光度, A0=2.413。
2 结果与讨论
2.1 酞菁-二氧化钛催化剂的表征结果
酞菁-Ti O2催化剂的扫描电镜结果见图1, 放大10 000倍。不同金属元素的掺杂使得Ti O2溶胶颗粒呈现不同微观形貌, 酞菁铁-Ti O2呈均一的圆片形, 溶胶颗粒大小均匀;酞菁铜-Ti O2呈长梭形;酞菁钴-Ti O2无规则形状;酞菁镍-Ti O2呈杂乱的碎石状长块。溶胶颗粒尺寸约为0.5~2μm。在溶胶-凝胶制备催化剂颗粒过程中, 加入酞菁金属化合物, 减少颗粒表面水分子之间形成氢键, 避免其在脱水过程中形成化学键产生硬团聚。但造成纳米粒子聚集成较大粒子的原因很多, 如分子间力、静电作用等引起的颗粒聚集;由于纳米粒子的巨大比表面积, 使其与空气或各种介质接触后, 极易吸附气体、介质或与之作用, 而失去原来的表面性质, 导致粘联与团聚;因其极高的表面能和较大的接触界面, 使晶粒生长的速度加快, 因而使颗粒尺寸保持不变十分困难。所以酞菁-Ti O2催化剂还存在一定的聚集现象, 但不影响其光降解能力。酞菁-Ti O2催化剂表面粗糙, 具有极大的表面积, 可充分与反应体系接触, 提高反应效率。
2.2 酞菁铁-Ti O2催化剂对5种有机染料的降解
酞菁铁-Ti O2催化剂对5种染料都有降解作用 (图2) 。由图2可见其对甲基红的降解速率最高, 光照20 min后就达91.25%的降解率, 300 min时降解率达92.59%, 溶液已基本无色。甲基橙的降解速率次之, 照射60 min后降解率达到76.96%, 240 min后降解率达95.59%。当照射时间达到240 min后其他染料降解率基本都达到90%以上。在酞菁铁-Ti O2催化剂作用下, 经300 min的降解后, 各染料降解率依次为:孔雀石绿>亚甲基蓝>甲基橙>甲基红>甲基紫。
2.3 酞菁铜-Ti O2催化剂对5种有机染料的降解
酞菁铜-Ti O2催化剂对5种有机染料都有一定的降解作用 (图3) , 由图3可见其催化降解规律各不相同。酞菁铜-Ti O2对孔雀石绿的降解速度和降解率最高, 但在前20 min内降解效果并不明显, 60 min时降解率大幅度增加达到88.11%。酞菁铜-Ti O2对甲基橙和甲基红的降解效果较差, 经过240 min的光反应后降解率也只有78%。
2.4 酞菁钴-Ti O2催化剂对5种有机染料的降解
酞菁钴-Ti O2催化剂对下面3种有机染料都有较好的光催化降解效果 (图4) , 由图4可见甲基红的降解速度最快, 在照射20 min后降解率就达84.38%, 甲基橙次之, 而孔雀石绿降解速度最慢, 照射180 min后降解率才83.09%。从整体的降解率来看, 孔雀石绿的总体降解效率最高, 达99.51%, 其次为甲基橙98.96%, 最后是甲基红92.77%。
2.5 4种催化剂对甲基橙降解作用比较
比较酞菁铁、酞菁铜、酞菁钴、酞菁镍-Ti O2催化剂对甲基橙的降解作用, 其结果见图5。从图5中可见4种酞菁-Ti O2催化剂对甲基橙的降解率都随着降解时间的延长而递增。它们对甲基橙的降解能力为酞菁钴>酞菁铁>酞菁镍>酞菁铜。结合酞菁-Ti O2催化剂的表征结果, 酞菁铁、酞菁钴和酞菁镍-Ti O2催化剂的降解速度及降解率都比酞菁铜-Ti O2催化剂要高。其中酞菁铁-Ti O2催化剂的粒径最小, 酞菁镍-Ti O2催化剂的粒径最大, 都在微米级, 但降解效率都很高, 所以微米级颗粒尺寸的差别对催化降解效率的影响不显著。
3 结论
在可见光照射下, 酞菁铁、酞菁钴、酞菁铜、酞菁镍-Ti O2催化剂均能对溶液中的甲基橙、甲基红、甲酚紫、亚甲基蓝、孔雀石绿有效降解。在酞菁铁-Ti O2催化剂作用下, 甲基红的降解速率最高;在酞菁铜-Ti O2催化剂作用下, 孔雀石绿的降解速度和降解率最高;酞菁钴-Ti O2催化剂对3种有机染料有较好的光催化降解效果, 且降解率均高达92%以上;其中甲基红的降解速度最快。4种酞菁-Ti O2催化剂对甲基橙的降解率都随着降解时间的延长而递增。
光电催化降解 篇9
随着当前水环境污染情况的日益严重,净化污水的研究引起了国内外学者的广泛关注。由于二氧化钛的性能稳定、适用范围广、氧化能力强等特性而使其成为光催化材料的首选材料。但是它具有其光生电子-空穴对极容易复合,导致其光催化活性降低,而且由于二氧化钛的宽带隙使得其只具有紫外光活性[1]。因此,可以通过降低二氧化钛中的光生电子-空穴的复合率从而赋予其可见光活性来提高其光催化性能。
目前向二氧化钛内复合其他材料是提高二氧化钛光催化活性的常用途径,主要有非金属掺杂如C、P、N、S等[2]~[5],这些非金属原子可以进入二氧化钛晶格,或成为间隙离子,或占据氧原子的位置,形成杂质能级后使二氧化钛的带隙宽度减小,将其光吸收扩展至可见光区域。但是这些掺入的杂质原子有可能会成为二氧化钛中光生电子-空穴对的复合中心,不利于提高光生电子和空穴的利用率。因此较好的方法是在二氧化钛表面复合其他具有可见光活性的物质作为光敏化剂来提高其光催化性能。
本文采用水热法合成了石墨烯/二氧化钛复合催化剂,并研究其在光照条件、石墨烯含量、光催化时间和p H等因素改变时对罗丹明B的降解影响。
2 实验内容
2.1 药品和实验仪器
药品:纳米二氧化钛;P25;石墨粉;罗丹明-B;十二烷基硫酸钠;高锰酸钾;浓硫酸;硝酸钠;双氧水(30%);异丙醇;硼氢化钠;实验用水为去离子水。实验仪器:主要有高压反应釜;电热鼓风干燥箱;氙灯;电化学工作站。
2.2 复合催化剂的制备
首先采用改进Hummers法制备氧化石墨烯(GO)。将1 g GO分散于60 m LH2O中,超声震荡60 min后得到分散均匀的氧化石墨烯溶液,然后加入适量的硼氢化钠,并在100℃的水浴中冷凝回流并搅拌8 h,然后把溶液置于60℃的烘箱中烘干清洗得到氧化石墨烯。
第二步取4 m L钛酸四丁酯溶于50 m L异丙醇中混合均匀后,边搅拌边缓慢向混合溶液中滴加蒸馏水,把制得的凝胶于60℃下烘干,在250℃下煅烧3h,自然冷却后加去离子水浸洗,于60℃下烘干得到纳米二氧化钛。
最后将4 m L钛酸四丁酯溶于50 m L异丙醇中,边搅拌边滴加氧化石墨烯,所得凝胶在250℃下煅烧3h后,加入10 m L水均匀搅拌,加入适量硼氢化钠,在100℃下冷凝回流并搅拌8 h,然后在60℃下烘干得到复合催化剂。
2.3 光电催化分解罗丹明-B实验
光电催化反应系统由500W的氙灯、红外截止滤光片和电化学工作站组成,将100ml罗丹明-B溶液(10mg/L)置于电化学工作站的反应容器中。将复合催化剂均匀涂抹于导电玻璃上,制成光电催化反应的阴极,将其置于距光源20cm处。在开始实验之前,将罗丹明B溶液在黑暗中搅拌2h,以期达到吸附平衡。然后开启稳压直流电源施以直流电压,每间隔一定时间取样分析。
3 实验结果与讨论
3.1 催化剂及光照对降解率的影响
将5 mg的复合催化剂加入到100 m L罗丹明-B溶液(10mg/L)中,反应30 min后,计算降解率,所得光照和加入催化剂与降解率的关系实验结果如表1所示。由表1可见:在可见光下罗丹明-B很难被降解;无催化剂的条件下,在紫外光下罗丹明-B的降解率为40%,发生较弱的降解过程;加入催化剂后,在紫外光下罗丹明-B的降解率增至96%,说明在紫外光照下复合催化剂对罗丹明-B降解具有较强的催化活性。
3.2 反应时间对降解率的影响
取5 mg复合催化剂于100 m L罗丹明-B溶液(10mg/L)中,进行不同反应时间下的降解率实验,所得实验结果如图1所示。由图1可知:在30min内,罗丹明-B溶液降解率随着反应时间的增加而增加,复合催化剂的催化降解效果越好。而30 min后降解速度逐渐变缓慢。因此其余实验选择30 min作为该催化剂的最佳反应时间。
3.3 石墨烯含量对降解率的影响
取5 mg不同石墨烯质量分数的复合催化剂于100 m L罗丹明-B溶液(10mg/L)中,反应30min后计算罗丹明-B的降解率,所得实验结果如图2所示。由图2可知:石墨烯质量分数在10%时罗丹明-B的降解率最大,罗丹明-B的降解率为96%,此时二氧化钛与石墨烯表现出了较好的协同催化性能;而石墨烯质量分数低于或超过10%时降解率都趋于下降。这说明可能是由于石墨烯含量过低时未能有效截取光子,而石墨烯含量过高则减少了二氧化钛催化表面积,或者是石墨烯含量过高使溶液透光度降低从而减少了下层复合催化剂接触光的表面积,而不利于把石墨烯截获的光子传递给二氧化钛反应中心。
3.4 溶液p H对降解率的影响
取5 mg复合催化剂于不同p H的100 m L罗丹明-B溶液(10mg/L)中,反应30 min后,测定罗丹明-B溶液的降解率,所得实验结果如图3所示。由图3可知:当p H<7时,罗丹明-B溶液的降解率基本变化不大;当p H>7时,随p H值增大罗丹明-B溶液的降解率则快速的下降。究其原因可能是因为溶液p H值较低时,二氧化钛表面质子化带正电荷,从而有利于光生电子向二氧化钛催化剂表面迁移;而当溶液p H值较高时,由于OH-的存在使二氧化钛催化剂表面带负电荷,从而不利于光生空穴向表面迁移。由图3可见,在p H=6时光催化降解率达到96%。但考虑到实际应用时溶液p H值往往是不断变化的,因此选用该催化剂进行光电催化时适宜的p H值范围为6~7。
4 结语
采用纳米二氧化钛和石墨烯为原料,按照水热合成法制备了一系列石墨烯二氧化钛复合催化剂,并将其制作成光电催化氧化反应的阴极,同时辅以以电化学工作站的铂电极做为阳极,对此复合催化剂的光电催化降解罗丹明-B的性能作了初步研究。通过实验发现这类复合光催化剂具有较好的可见光活性和电化学降解污染物能力。并初步分析探讨石墨烯在光电催化过程中所起到的作用,得到适量石墨烯的掺入有利于提高纳米二氧化钛的光催化降解罗丹明-B性能,其中以石墨烯的含量为10wt%的样品性能最好。
摘要：本文将钛酸四丁酯和石墨粉为基本原料,采用水热合成法制备了石墨烯/二氧化钛复合材料,并研究了其在不同光照条件、石墨烯含量、光催化时间和p H值等因素对罗丹明B的降解效果影响。实验结果表明:对于此复合催化剂,当在石墨烯质量分数为10%、p H为6~7、光催化30 min等条件下,石墨烯/二氧化钛复合材料在紫外光下对罗丹明B的光电催化降解效率能达到96%以上。
关键词：石墨烯,二氧化钛,复合催化剂
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