文档介绍：掺杂金属阳离子纳米TiO2光催化降解水中有机污染物
摘要：通过溶胶一一凝胶法制备了掺杂Fe3+、Zn2+、Cu2+ 的纳米级TiO2,并进行了 XRD、TEM表征，对染料废水、苯酚的光催 化实验表明，Fe3+、Zn2+、Cu2+的掺杂能明
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取一定量的印染废水于反应器中（废水的pH为8）,四种催化剂投 加量均为lg/L,光距75mm,反应60min后,测其CODCr值,结果 见表2„
表2对染料废水CODCr去除率的比较
Table2 The compare of CODCr clean rate in dye waste water
Catalyst
Undoped Ti02
Fe3+/TiO2
Zn2+/TiO2
Cu2+/Ti02
CODCr before treated ( mg/L )
925
925
925
CODCr af ter treated (mg/L)
255. 3
52. 7
59. 2
CODCr cleaning rate (%)
72. 4
94. 3
93. 6
91. 5
取一定量的含酚废水与反应器中（废水pH为5. 6）,四种催化剂投 加量均为lg/L,光距75mm,反应60min后,测其CODCr值，结果见 表3。
表3对含酚废水CODCr去除率的比较
Table3 The compare of CODCr clean rate in phenol
Catalyst
Undoped Ti02
Fe3+/TiO2
Zn2+/TiO2
Cu2+/Ti02
CODCr before treated ( mg/L )
280
280
280
280
CODCr af ter treated ( mg/L )
19. 3
21. 6
24. 1
CODCr cleaning rate (%)
65. 7
93. 1
91. 4
表2、表3的结果表明，在TiO2中掺杂Fe3+、Zn2+和Cu2+,可大 大提高有机物的去除率。这是因为Fe3+、Zn2+和Cu2+均为电子接受 体，由于Fe3+、Zn2+和Cu2+对电子的争夺，减少了 TiO2表面电子一 空穴对的复合，从而使TiO2表面产生了更多的・0H和02-，使有机 物去除率提高较快［4］。同时，Fe3+能够吸附在TiO2粉体上，产生氧 气高效生成的现象，这也有助于提高去除率［5］。
2. 3 pH值对含酚废水降解率的影响
废水的pH值对于催化剂粒子的表面电荷、极性、粒子大小和状态 有着一定的影响，因此它对光催化氧化反应有一定的影响。选用掺 Fe3+的TiO2作催化剂，试验条件同上，在不同pH值条件下测含酚废 水的CODCr去除率，其结果如图2所示。图2中取样点的pH值分别 为 2、3、4、5、6、7、8、9、10。
从图2可以看出，废水偏酸或偏碱性都能提高CODCr去除率。值得 一提的是，当溶液的pH值大于10或小于1时，悬浮液无法分离这是 由于溶液pH值能改变Ti02颗粒表面的电荷，从而改变颗粒在溶液中
的分散情况。当溶液pH值接近TiO2等当点时，由于范德华力的作用， 颗粒之间容易团聚形成大颗粒。在水中TiO2的等当点大约是 pH=3[6],当悬浮液pH值远离等当点时，由于颗粒相互间的排斥力， 粒子在溶液中的分散性很好，去除率也更高。根据光催化氧化的反应 机理，0H •可以有不同的来源，高pH值条件下，0H •易通过0H-直 接迁移至光活性的TiO2表面，进而俘获光生空穴而产生；低pH值条 件下，0H •易通过H+与被吸附02-系列结合，在形成H2O2的基础上 进一步反应生成，而许多研究认为，0H-更易通过后一种途径产生[7, 8]o
结论
通过凝胶一溶胶法合成掺杂Fe3+、Zn2+和Cu2+的纳米级Ti02,对 水中有机污染物光催化实验及理论分析表明，在Ti02中掺杂Fe3+、 Zn2+和Cu2+3种金属阳离子将会使光催化的效果增强。同时，水体 pH值的升高或降低对光催化降