国产二氧化钛在光催化降解染料废水中的应用

收稿日期:1998-10-12.第一作者:张天永,男,1966年生,博士后.联系人:赵进才.Tel:(010)64888151;Fax:(010)64879375;E-mail:jczhao@ipc.ac.cn.＊国家杰出青年基金(批准号29725715)、国家自然科学基金(批准号29637010,59772033)、中国科学院重大项目基金及国家科委科研基金资助课题.国产二氧化钛在光催化降解染料废水中的应用＊张天永李祥忠赵进才(中国科学院感光化学研究所,北京100101)提要研究了几种国产和进口二氧化钛在光催化降解染料污染物方面的应用.X射线衍射及扫描电镜分析结果表明,锐钛矿型含量高以及粒径小的二氧化钛能很好地催化降解有机染料.不同结构染料的降解难易顺序为:酞菁类>蒽醌类>单偶氮类;降解速度与吸附有直接关系.搅拌分散体系和糊状体系的实验结果表明,难于生物降解的高浓度直接耐晒大红4BS工业染料废水可被光催化降解并矿化,国产催化剂可重复利用多次,光源可采用太阳光.关键词二氧化钛,光催化,有机染料,废水处理分类号O643/X7随着社会经济的发展,环境污染也愈加严重,已从局部波及到全球,甚至在某些方面阻碍了经济的发展,其中染料废水污染尤为严重.染料废水的色度深、浓度高、毒性大,难于在自然条件下降解或用微生物法降解.近年来,光催化降解水中有机污染物为这种污染物废水的治理提供了新思路[1～3],也有用光催化降解水中染料污染物的报道[4～7].光催化法降解废水中的染料污染物,所需化学品少、COD除净率高、可利用太阳光、无二次污染,因而有广阔应用前景.以往的研究多使用国外产纳米级二氧化钛[8～10],不仅成本高,而且处理后的二氧化钛不易于分离,这给光催化剂重复利用带来很大困难.本文选择6种国产粉状工业二氧化钛,测试了其物化性质,并用于染料废水的光催化降解,比较了各种二氧化钛的催化性能以及不同结构染料的降解特性.实验结果表明,国产二氧化钛可用于高浓度直接耐晒大红4BS染料废水的光催化降解,且易于分离并可重复利用,为光催化净化法的实际应用提供了依据.1实验部分1.1试剂国产二氧化钛的产品牌号、产地和物化性质见表1.染料取自工业品,经文献[11]方法提纯后使用.工业染料废水为山东某厂的直接耐晒大红4BS生产废水,实验用水为去离子水,其他药品为分析纯试剂.1.2光催化反应(1)搅拌分散体系:反应装置为容积为120ml的立式Pyrex玻璃反应瓶,磁力搅拌,光源为紫外灯、可见灯或太阳光.在100ml的染料溶液(80μmol/L)中加入0.4g二氧化钛,避光搅拌1h,完成吸附平衡.反应一定时间后,取样经微孔膜(0.2μm)过滤掉二氧化钛,滤液供分析.(2)糊状体系:在25ml的玻璃培养皿中放入1g二氧化钛(A101),再加入3ml直接耐晒大红4BS染料工业废水,调成糊状,放在选定的光源下照射.1.3分析方法UV-Vis谱以Shimadzu-160A型谱仪进行测量,化学耗氧量(COD)采用重铬酸钾法测定[12].二氧化钛晶型含量采用日本理学2038型X射线衍射仪测定,铜靶,2θ=20°～80°.二氧化钛的颗粒大小由日本电子光学公司JSM-35CF型扫描电镜测得.第20卷第3期催化学报1999年5月Vol.20No.3ChineseJournalofCatalysisMay19992结果与讨论2.1国产二氧化钛的降解性能几种国产二氧化钛中锐钛矿型(A)和金红石型(R)的含量、平均粒径(d)以及对酸性红B和酸性红G的降解速率半衰期(t0.5)等的比较结果列于表1.表1几种二氧化钛的基本物化性能及降解性能Table1ThephysicochemicalpropertiesofvariouskindsoftitaniaandtheirdegradationrateforacidredBandacidredGTiO2brandProducerContent(%)AnataseRutiled/nmt0.5＊/minAcidredBAcidredGA101No.404Factory99.10.92152519A103No.404Factory99.30.71822721R201No.404Factory4.795.3167130—R215No.404Factory0.899.2208150—BTBeijingChemicalFactory99.20.81622014TJTianjinReagentCo.76.423.6367——P25DegussaCo.86.213.8501821＊Thedegradationratemarkedwith“—”islessthan5%afterirradiationfor90min.一般认为,A型二氧化钛具有较高的光催化活性,而R型二氧化