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——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+的掺杂能明显提高TiO2,的光催化活性,提高了有机物的降解率.
关键词:掺杂纳米TiO2 光催化降解有机污染物
TiO2光催化氧化染料废水、含酚废水、农药、医药废水、含油废水、含表面活性剂、***化物等废水均取得了较好的效果。但是由于TiO2光催化剂本身的一些缺陷,限制了其应用。一是其禁带较宽,只能对紫外光有响应,而且电子和空穴容易复合,所以催化效率较低;二是TiO2纳米粉的回收较为困难,难以循环使用。对于上述问题,众多对TiO2改性的研究发现,金属离子掺杂是提高TiO2光催化活性的一种有效手段[1,2,3]。从化学观点看,掺杂金属离子有利于光生电子和空穴的分离,提高其离子效率。此外参杂金属离子后,TiO2吸收带也会发生红移,又可使其吸光范围向可见光区拓宽,这两效应均可提高TiO2的光催化活性。
1. 仪器及试剂
25—100SX型透射电子显微(日本理光公司);自制光化学反应器;钛酸丁酯(TiO(Bu)4)(CP);异丙醇(AR)。处理的有机废水为:某厂提供的染料废水,其CODCr值为925mg/L; 某厂提供的含酚废水,其CODCr值为280mg/L。
催化剂的制备
将钛酸丁酯与异丙醇按一定比例混合,用HCl调节pH为3左右,将Fe(NO3)3溶液、Zn(NO3)2溶液、Cu(NO3)2溶液于剧烈搅拌下缓慢滴入上述溶液中(30滴/min),控制各组份的摩尔比为:钛酸丁酯:异丙醇:去离子水:掺杂物质=1:2:4:。静置几分钟后呈白色半透明溶胶,80℃下真空干燥一段时间后得到干凝胶粉末,于马福炉中500℃下煅烧2h, 自然冷却后在玛瑙研钵中研磨得到掺杂Fe3+、Zn2+、Cu2+%的TiO2纳米粉末。
以去离子水代替掺杂离子的盐溶液,按上述同样方法制备未掺杂的TiO2。
分析方法
有机物废水的CODCr采用国家环保局和废水分析监测方法委员会主编的《水和废水监测分析方法》中的***钾法进行测定。
实验方法
光催化降解反应在自制的反应器中进行,每次加入一定量的有机废水,同时加入一定量的TiO2光催化剂。反应器套在铝箔罩中,在25图谱分析
表1列出了TEM测得的所制备的4种TiO2光催化剂的粒径。未掺杂TiO2的粒径约为27nm,掺杂Fe3+、Zn2+、Cu2+后TiO2的粒径都有不同程度地减小,其中掺杂Fe3+­­最明显,使TiO2的粒径减小了14nm,同时由于粒径减小,掺杂Fe3+的TiO2的分散性能降低,TEM观察到其有明显的团聚现象。
表1 未掺杂TiO2与掺杂Fe3+、Zn2+和Cu2+的TiO2的粒径
Table1 The Size of Undoped TiO2 and Iron, Zine, Copper-Doped TiO2
Catalyst
Undoped TiO2
Fe3+/TiO2
Zn2+/TiO2
Cu2+/TiO2
Size(nm)
27
13
24
21
四种催化剂对有机废水光催化降