掺铈二氧化钛纳米膜光催化降解焦化厂废水研究_李家其

·47·2005第3期《化工科技市场》ChemicalTechnologyMarket研究与进展1引言在全球面临的许多环境问题中，有毒、有害的工业废水是国内外污水处理的一个难题[1]，半导体光敏材料光催化降解废水是一项新兴技术[2]，该技术以其能耗低，工艺简单，反应条件温和，降解效果好及适合连续操作等优点日益受到人们重视。目前，所用的各种催化剂中，纳米TiO2以其易制备，性能高，稳定性好，价格低廉，应用范围广及对人体无害等特点而成为最有应用前途的绿色催化剂之一[3]。光催化降解废水的TiO2有两种使用方式[4]，即固定化和非固定化方式，非固定化方式是将纳米TiO2粉体与废水混合成悬浮液，再用光照射悬浮液来降解废水中的有掺铈二氧化钛纳米膜光催化降解焦化厂废水研究*李家其(湖南人文科技学院化学系，湖南娄底417000)摘要：以四氯化钛乙醇溶液为前驱体，采用溶胶——凝胶法在普通的玻璃管上制备了掺铈TiO2纳米膜，并用此薄膜作了焦化厂废水光催化降解实验，得出了该光催化降解反应的有利条件。关键词：掺铈二氧化钛；纳米膜；光催化降解；焦化厂废水中图分类号：TQ134.1+1文献标识码：A文章编号：1009-4725(2005)3-0047-03StudiesonThePhotocatalyticDegradationofCokerywasterwaterUsingNano-TiO2FilmDopingCeriumLIJia-qi(DepartmentofChemistry,HunanUniversityofHumanitiesScienceandTechnology,Loudi417000,China)Abstract:ThenanosizedTiO2filmsdopingceriumweresynthesizedbyasol-gelmethodusingTiCl4ethanolsolutionasaprecursoronpopularglasstubes.Photocatalyticdegradationexperimentsforcokerywasterwaterwerecarriedoutusingthefilms.Thefavorableconditionsofthephotocatalyticdegradationwereobtained.Keywords:titaniadopingcerium;nanometerfilm;photocatalyticdegradation;cokerywaster收稿日期：2004-12-20·48·《化工科技市场》2005第3期ChemicalTechnologyMarket研究与进展毒有害物质，该技术工艺简单，降解率较高，但催化剂难分离、难回收[5]，因而，实际应用意义不大；固定化方式主要是利用一些固定技术将TiO2粒子固定在其它基质上，再光照降解污水中有毒有害物质，这样克服了粉体催化剂的上述问题，目前，该研究领域已成为热门课题。光和催化剂是光催化反应的两个基本要素，TiO2禁带宽度为3.2eV，当用波长小于387.5nm紫外光照射时，TiO2的价带电子被激发，越过禁带进入导带，形成电子(e-)和空穴(h+)对[6]，然后，向TiO2颗粒表面迁移，同时，发生一系列反应，产生具有极强氧化能力的·OH和·O2-等自由基，这些自由基能将污水中的有机物氧化降解。TiO2+hγ→e-+h+O2+e-→·O2-H2O+h+→·OH+H+·O2-+H+→HO2·2HO2·→O2+H2O2H2O2+·O2-→·OH+OH-+O2RH+·OH→CO2+H2O+x(RH为有机分子，x为无机离子)但是，光生电子和空穴容易复合，将吸收的光能以荧光或热能形式释放出来[7]，这不仅降低了太阳能的利用率，而且也降低了光敏催化剂的活性，鉴于此，催化剂的制备工艺必须改进，本工作采取掺入稀土元素铈的办法，改善了催化剂的活性。2实验部分2.1试剂和仪器试剂全部为分析纯，废水取自湖南某钢铁公司焦化厂排污口。仪器：HH-5型化学耗氧量测定仪；紫外灯(8W，254nm)；SK2200H型超声波仪；Avatar360型红外光谱仪；日立800型透射电镜。2.2TiO2薄膜的制备在冰水浴环境中，向剧烈搅拌的无水乙醇中以0.5mL/min的速度滴加TiCl4溶液，滴加完毕，把混合体系超声振荡15min，静置，凝胶化24h。将先后用稀NaOH溶液和1:3H2SO4-H2O2溶液浸泡过的小玻璃管，用二次亚沸蒸馏水洗净、干燥，再将此玻璃管浸入TiO2凝胶中，然后，以2mm/s的速度提拉出来，在微风中干燥之后，于100℃烘干，最后，在一定的温度下煅烧1h，重复镀膜2次即成。2.3TiO2颗粒的表征将制备薄膜剩下的凝胶在与制膜同样条件下煅烧，得到TiO