负载型磷钨酸催化剂的制备及其光催化性能_陶国忠

水体中的重金属离子具有毒效长期持续、生物不可降解的特点，并通过食物链在人体内不断积累而对健康产生严重危害。锰离子是常见的重金属污染物之一，主要以热力学稳定的可溶2价态形式存在于天然水体中，不易被水中的DO氧化，排放到自然环境中又很难自然降解，人体长期摄人锰含量过高的饮用水会引起严重的中毒症状[1-2]。我国许多地区尤其是北方地区的地下水中溶有锰而导致水质恶化，给生活和生产带来了诸多不便。同时我国也先后发现了几个大的地表水系程度不一地受到了锰的污染，使原水的锰含量超标甚至达到有毒水平。因此，除去水体中过多的锰离子，无论对于环境保护还是生命健康都至关重要。目前常用的水处理除锰工艺有氧化法、接触氧化法和生物固锰法等。氧化法工艺流程长，易产生二次污染且氧化剂本身具有副作用和危险性，很难满足日益严格的水质要求；接触氧化法易受水量水质变化的影响，所需投资大且操作过程复杂。生物固锰除锰法成本较高，不适合批量处理，并且需要各种运行条件以持续不断地维系生物滤层中复杂微生物群落的存在、平衡与稳定[3]。长期以来，人们一直在积极探寻更有效、更绿色的水净化除锰方法。光催化是近年来受到普遍关注和重视的化学污染治理新技术，具有彻底性、无选择性、无需高温、成本较低且无二次污染等优点。20世纪80年代初期，杂多酸作为光化学性能独特、环境友好型绿色催化材料而成为光催化领域的研究热点。杂多酸是一种由中心（杂）原子和配位（多）原子经氧原子桥联成空间组合的多氧簇金属配合物，具有无毒无味、无挥发性、热稳定性以及分子体积大、对电子和质子的传输作用和储备能力强，经历可逆的多电子传递反应而结构依然保持不变等方面的优异特性[4-11]。现阶段杂多酸作为环保材料主要用于光催化降解有机污染物，包括含氟有机酸、有机染料、酚类物质和其它有机物[12-25]。然而对于治理水体中的重金属离子特别是锰离子的研究还鲜有报道。由于杂多酸比表面积小，易溶于水、醇、酸液相体系而难以回收和再利用，这极大制约了杂多酸作为光催化剂的实际应用，因此需要将杂多酸负载到合适的载体上，以提高其比表面积，增强机械强度和稳定性，并使产物易于分离。本研究采用目前广泛使用的光催化剂DegussaP25二氧化钛和耐化学腐蚀、耐磨性能优异的聚乙烯醇（PVA）作为基体，通过固载Keggin结构磷钨酸制备HPW/TiO2及HPW/PVA负载型光催化剂，在常温常压下光催化净化水体中的Mn2+（Mn2++负载型磷钨酸催化剂的制备及其光催化性能陶国忠1，秦娟1，陈爱平2（1.华东理工大学大型工业反应器工程教育部工程研究中心，上海200237；2.华东理工大学超细材料制备与应用教育部重点实验室，上海200237）摘要：通过二氧化钛（TiO2）浸渍固载磷钨酸（HPW）和聚乙烯醇（PVA）共溶固载磷钨酸制备负载型光催化剂HPW/TiO2及HPW/PVA，在紫外光照下以水体中的Mn2+作为光催化净化对象，研究了HPW负载量、Mn2+初始浓度、体系pH对Mn2+净化效果的影响以及光催化反应过程中负载型催化剂的循环使用。结果表明，负载型HPW/TiO2催化剂具有较单一TiO2和HPW/PVA更高的光催化活性。当HPW负载量20%、Mn2+初始浓度40mg·L-1、体系pH为6.7时，HPW/TiO2光催化氧化Mn2+的去除率达到83.1%，重复使用6次活性无明显下降。关键词：磷钨酸；光催化氧化；二氧化钛；聚乙烯醇；锰离子中图分类号：TQ032.41文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)10-0032-005收稿日期：2011-02-15基金项目：上海市科委纳米专项（1052nm02400）作者简介：陶国忠（1970－），男，硕士，副教授；联系电话：021-64252386；E-mail：gztao@ecust.edu.cn联系作者：陈爱平，博士，教授；E-mail：apchen@ecust.edu.cn第37卷第10期2011年10月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.10Oct.,201132DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.10.010水体中的重金属离子具有毒效长期持续、生物不可降解的特点，并通过食物链在人体内不断积累而对健康产生严重危害。锰离子是常见的重金属污染物之一，主要以热力学稳定的可溶2价态形式存在于天然水体中，不易被水中的DO氧化，排放到自然环境中又很难自然降解，人体长期摄人锰含量过高的饮用水会引起严重的中毒症状[1-2]。我国许多地区尤其是北方地区的地下水中溶有锰而导致水质恶化，给生活和生产带来了诸多不便。同时我国也先后发现了几个大的地表水系程度不一地受到了锰的污染，使原水的锰含量超标甚至达到有毒水平。因此，除去水体中过多的锰离子，无