Fe2O3-TiO2纳米管复合材料光催化降解亚甲基蓝染料废水的研究

第41卷第10期2013年5月广州化工GuangzhouChemicalIndustryVol.41No.10May.2013Fe2O3/TiO2纳米管复合材料光催化降解亚甲基蓝染料废水的研究王丽，赵辉，陈永(开封大学功能材料研究中心，河南开封475004)摘要:水热法合成TiO2纳米管，以Fe(NO3)3为前驱体制备Fe3+掺杂TiO2纳米管(Fe2O3/TiO2)，并系统研究其光催化降解染料废水活性。结果表明，Fe3+掺杂能有效提高TiO2纳米管光催化降解染料废水效果，其中Fe2O3掺杂量为4%(ω)时，其光催化性能最好，最高降解率可达99%，且具有较好的稳定性。研究证实，Fe2O3/TiO2复合材料具有良好的光催化降解亚甲基蓝染料废水性能。关键词:TiO2纳米管;掺杂;Fe2O3;光催化;染料废水中图分类号:O472文献标识码:A文章编号:1001－9677(2013)10－0122－03作者简介:王丽(1981－)，女，博士，讲师，从事纳米材料的制备及应用性能研究。ＲesearchofPhotocataliticDegradationofEthyleneBlueoverFe2O3/TiO2CompositesWANGLi，ZHAOHui，CHENYong(ＲesearchCenterofFunctionalMaterials，KaifengUniversity，HenanKaifeng475004，China)Abstract:ThehydrothermalpreparedTiO2nanotubes，Fe2O3/TiO2compositesandtheirphotocatalyticpropertieswereinvestigated．TheresultsshowedthatFe3+dopingcanenhancethephotocatalyticpropertieefficiently．WhenthecontentofFe2O3wasoptimizedto4%(ω)，thehighestcatalyticability(conversion99%)andgoodstabilitywereobtained．TheFe2O3/TiO2compositeshadgoodphotocatalyticabilityforthemethlenebluedyewastewater．Keywords:TiO2nanotube;doping;Fe2O3;photocatalysis;dyewastewater印染废水是一种色度高、有机污染物含量高且组分复杂、COD和BOD高的废水，其水质变动范围大，有机污染物含量高、毒性大，难生物降解的有机物成分高，是我国目前几种难治理的行业废水之一。光催化因能将多种气相或液相有机污染物彻底降解而被广泛关注，在众多光催化剂中，纳米TiO2以其光催化活性高、化学稳定性好、价格低廉等优点成为研究的热点。但纳米TiO2作为宽禁带半导体材料，在实际应用中存在一些缺陷:光吸收仅限于紫外光区，限制了对太阳光的利用，光生载流子很容易复合，从而影响光催化的效率。为提高光催化效率，必须拓展对光的利用范围和有效抑制光生载流子的复合，因此人们对TiO2催化剂进行掺杂改性以提高光催化活性［1－4］。Choi等［5］研究了21种离子对TiO2的掺杂效果，结果发现Fe3+、Ｒu3+、Os”、Ｒe5+、V4+和Ｒh3+等不同程度地提高了TiO2的光催化效率，其中掺杂0.5%(摩尔分数)Fe3+的TiO2效果最佳，认为掺杂物的浓度、掺杂离子的分布、掺杂能级与TiO2能带匹配程度、电荷的转移和复合等因素对催化剂的光催化活性有一定影响。一项对多金属掺杂研究表明，经烧成后掺杂元素都以金属氧化物存在，只有Fe3+、V5+等少量掺杂具有较好的效果，这是由于Fe2O3、V2O5等的禁带宽度分别为2.2eV、2.8eV，小于TiO2的禁带宽度。本文采用水热法制备TiO2纳米管，并用计算量的Fe(NO3)3溶液为前驱体掺杂TiO2纳米管，制备不同Fe2O3担载量的Fe2O3/TiO2复合材料。并以亚甲基蓝为模型化合物，探讨了Fe2O3/TiO2复合材料光催化剂对有机染料废水的光降解能力。1实验1.1TiO2纳米管的制备将0.2gTiO2(DegussaP25)加入到50mL10mol/L的NaOH溶液中，在30℃下磁力搅拌10min，直至成乳白色悬浊液。超声分散30min后，转入高压反应釜中120℃反应5h。抽滤后样品用100mL0.1mol/LHCl溶液浸泡1.5h。抽滤，蒸馏水洗至滤液呈中性。所得样品在80℃下干燥5h。干燥后将固体研磨后置于马弗炉400℃下恒温煅烧5h。收集样品避光放置，备用。1.2Fe2O3/TiO2的制备将计算量的Fe(N