多种光源下氮掺杂TiO_2光催化降解染料废水的研究_石建稳

InvestigationonthephotocatalyticdegradationofdyeingwastewaterbyusingN-dopedtitaniaundervariousilluminantsShiJianwen，ChenShaohua，WangShumei，YeZhilong（KeyLaboratoryofUrbanEnvironmentandHealth，InstituteofUrbanEnvironment，ChineseAcademyofSciences，Xiamen361021，China）多种光源下氮掺杂TiO2光催化降解染料废水的研究石建稳，陈少华，王淑梅，叶志隆（中国科学院城市环境研究所城市环境与健康重点实验室，福建厦门361021）［摘要］以尿素为氮源，采用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂纳米TiO2粉末，以甲基橙溶液为模拟染料废水，分别在可见光、模拟太阳光和紫外光条件下，研究了氮掺杂纳米TiO2光催化降解染料废水的性能。结果表明：氮掺杂可以提高TiO2的可见光催化活性；氮含量和煅烧温度对氮掺杂TiO2光催化活性影响较大，n（N）∶n（Ti）为10％且经500℃煅烧的氮掺杂TiO2在可见光和模拟太阳光下均具有最佳的光催化活性；然而在紫外光下，氮掺杂TiO2的光催化活性低于未掺杂的TiO2样品。［关键词］氮掺杂；二氧化钛；光催化；染料废水［中图分类号］X703.1［文献标识码］A［文章编号］1005-829X（2010）09-0050-04Abstract：AseriesofN-dopedtitaniapowdershavebeenpreparedbysol-gelmethodusingureaasnitrogensource.ThephotocatalyticdegradationcapacityofdyeingwastewaterwithN-dopedtitaniapowdersisinvestigatedundervisi-blelight，simulatedsunraysandultravioletlight，respectively.TheresultsshowedthatN-dopingcanimprovethephotocatalyticactivityoftitaniaundervisiblelight.Nitrogencontentandcalcinationtemperaturecanremarkablyin-fluencethephotocatalyticactivityoftitania.Whenpercentageofn（N）∶n（Ti）is10%andtheN-dopedtitaniathatiscalcinedat500℃possess，itsphotocatalyticactivitiesunderbothvisiblelightandsimulatedsunlightareoptimal.However，thephotocatalyticactivityofN-dopedtitaniaislowerthanthatofun-dopedtitaniaunderultravioletlight.Keywords：N-doping；titania（TiO2）；photocatalytic；dyeingwastewater［基金项目］福建省区域科技重大项目（2009H4006）；中国科学院知识创新工程青年人才领域前沿项目（0714171B10）。染料废水主要来源于染料及染料中间体生产行业，具有成分复杂、色度高、排放量大、毒性大、可生化性差的特点，一直是废水处理中的难题。目前常用的处理方法如生化法、混凝沉降法、电解法等，均难以满足排放标准要求〔1-2〕。以TiO2为代表的高级氧化技术可产生具有强氧化性的羟基自由基（HO·），能使许多结构稳定、很难被微生物分解的有机分子转化为无毒无害的可生物降解的低分子物质，反应最终产物大部分为二氧化碳、水和无机离子等，因此可采用TiO2光催化技术对染料废水进行深度处理〔3〕。但是TiO2带隙能较宽（约3.2eV），只能在紫外区显示光化学活性，因而其对太阳光的利用率低〔4〕。2001年R.Asahi等〔5〕采用溅射法成功制得了氮掺杂TiO2光催化剂，而且研究发现这种光催化剂具有较好的可见光活性，从而引发了氮掺杂TiO2的研究热潮。然而氮掺杂TiO2制备条件普遍较为苛刻，难以用共沉淀法、溶胶-凝胶法等湿化学方法获得。笔者以尿素为氮源，在温和条件下通过溶胶-凝胶法制备了氮掺杂TiO2光催化剂，并以甲基橙溶液为模拟染料废水，分别在可见光、模拟太阳光和紫外光条件下，研究了制备过程中两个关键因素（氮掺杂量和煅烧温度）对氮掺杂纳米TiO2光催化活性的影响。1