二氧化钛溶胶日光下降解亚甲基蓝的研究_郑琦

2007,Vol.24No.1化学与生物工程Chemistry&Bioengineering16基金项目:湖北省自然科学基金项目(2004ABA182),武汉市科技局科技计划资助项目(20055102030)收稿日期:2006-11-08作者简介:郑琦(1962-),女,江西石城人,博士,副教授,主要研究方向:光分析化学。二氧化钛溶胶日光下降解亚甲基蓝的研究郑琦1,李忠铭1,王靖宇2,刘志洪2(1.江汉大学化学与环境工程学院,湖北武汉430056;2.武汉大学化学与分子科学学院,湖北武汉430072)摘要:以自制TiO2溶胶为光催化剂,采用日光作为光源,研究了亚甲基蓝水溶液被光催化降解的各种影响因素。实验结果表明,TiO2溶胶光催化活性较高,在选定的实验条件下,对一定浓度的亚甲基蓝溶液降解率可达到80%以上。关键词:日光;TiO2溶胶;亚甲基蓝;降解中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1672-5425(2007)01-0016-02有机染料废水是常见的一类有机污染物,它直接或间接地影响着人类的健康,在排放前需进行降解处理。由于染料大多是以石油化工产品为原料经人工合成的芳香类化合物,以芳烃或杂环化合物为母体,一般难以生物降解,以往使用的活性污泥法和物理化学方法处理效果均不佳,因此迫切需要高效、快速的降解技术。纳米TiO2光催化降解法具有高效、节能、清洁无毒、催化范围广等优点,可以有效去除水体中多种有机污染物,在水处理研究领域具有广阔的应用前景[1～3]。但是在过去的20年中,大量研究集中在用紫外光照射有机污染物的光催化降解[4,5]。紫外光的使用存在着一定局限,如耗电量大、运行及维修费用高等。因此,研究新型的纳米TiO2材料吸收利用太阳能,有效地催化降解有机物,使有机污染物矿化,是一种具有实际应用价值的新技术。作者采用自制纳米TiO2溶胶光催化剂[6],选用亚甲基蓝水溶液为处理体系,研究了在日光照射下亚甲基蓝的光催化降解现象。对TiO2光催化剂的催化性能进行了评价,对催化剂用量、亚甲基蓝初始浓度和初始pH值、光照时间及强度、H2O2用量等对降解率的影响进行了研究。1实验1.1试剂与仪器纳米TiO2溶胶,自制;亚甲基蓝(C16H18N3SCl·H2O),分析纯;二次蒸馏水。紫外分光光度计(UV-2401PC);X-射线晶体衍射仪(XRD):D8ADVANCE(BRUKER,AXS);高分辨透射电镜(HRTEM):JEOLJEM2010FEF(UHR)。1.2方法取一定量的亚甲基蓝溶液于烧杯中,加入适量的TiO2,用日光照射,每隔一定时间取样分析,用紫外分光光度计在最大吸收波长λmax=664nm处进行检测,其吸光度值与浓度呈直线关系。试样的光降解率(D)依下式计算:D=[(A0-A)/A0]×100%式中:A0为试样光照前的吸光度;A为光照射时间t时试样的吸光度。2结果与讨论2.1TiO2溶胶的X-衍射分析(图1)图1TiO2溶胶的XRD图谱Fig.1XRDspectrumofTiO2hydrosol从图1可以看出,TiO2溶胶具有明显的锐钛矿晶型,并与少量的板钛矿晶体共存,经计算得知,其粒径约为5～8nm。2.2二氧化钛的催化性能研究郑琦等:二氧化钛溶胶日光下降解亚甲基蓝的研究/2007年第1期17取2个烧杯加入含有相同浓度的亚甲基蓝溶液,向其中一个烧杯中加入二氧化钛溶胶15mL,同时置于日光下光照。在相同条件下,加入二氧化钛的试样随着时间的延长,吸光度下降明显,10h内降解率可达50%,而没有加入二氧化钛的试样其吸光度随时间的延长几乎没有改变,表明TiO2溶胶具有很好的光催化性能,明显加速了降解反应的进行。2.3光源对光降解率的影响在相同条件下,取6个烧杯各注入15mLTiO2溶胶,再分别加入不同浓度的亚甲基蓝溶液,置于白炽灯(25W)和太阳光下照射,每隔一定时间取样测定光降解率。考察太阳光与普通白炽灯(25W)两种不同光源对亚甲基蓝降解作用的影响,结果见图2。图2照射光源对光降解率的影响Fig.2Theeffectoflightsourceonphotocatalyticdegradationrate由图2可知,白炽灯光照20h后,5个不同浓度亚甲基蓝的降解率均在10%以内(曲线1～5);而较高浓度的亚甲基蓝溶液置于日光下照射20h后(曲线6),降解率可达50%。采用太阳光照射后,TiO2溶胶光催化降解亚甲基蓝的效果非常明显,而用白炽灯照射则降解效果不太明显。这是由于太阳光是复合光,谱线范围较宽,其中含有一定的紫外光,使降解效率提高。2.4亚甲基蓝溶液初始pH值对光降解率的影响固定亚甲基蓝溶液的浓度,改变溶液的初始pH值,光照一定时间后测定光降解率。结果表明光降解率随pH值的增大而减小,这是因为在酸性条件下,表面的