纳米二氧化钛光催化氧化焦化废水的研究

第28卷第2期2005年4月煤炭转化C0ALCONVERSIONVoI．28No．2Apr．2005纳米二氧化钛光催化氧化焦化废水的研究朱静李天祥曾祥钦。朱莎娜庞英摘要以四氯化钛为原料，采用溶胶一凝胶法制备出二氧化钛粉体，将其用于焦化废水的光催化氧化．当热处理温度为600C时，得到的二氧化钛混合晶体平均粒径为65nm，其中金红石相占21．3，实验研究表明，该混合晶体对焦化废水的处理效果最佳．用该混合晶体处理焦化废水的最佳工艺为：每100mL废水中加入0．4g纳米二氧化钛混合晶体，在阳光下照射4h，CODcr值去除率可达509／6以上．关键词纳米二氧化钛，光催化氧化，焦化废水，CODcr中图分类号X7840引言纳米二氧化钛作为光催化氧化剂在工业废水中的应用越来越受到广泛重视．口。由于纳米二氧化钛具有无毒、催化活性高、性质稳定、反应速度快和对有机物降解彻底等优点，已被广泛应用于各种水体污染物的降解，并取得了较好效果．纳米二氧化钛的制备常以有机醇钛盐和无机钛盐为前驱体，用溶胶一凝胶法(sol—ge1)和水解法_7l，制得氢氧化钛粉体，烘干后经煅烧制得二氧化钛粉体．将其放人工业废水中，在紫外光或太阳光照射下，进行光催化氧化处理即可．二氧化钛主要有两种晶型——锐钛矿型和金红石型．但不同晶型的二氧化钛光催化活性是不同的．由文献[8]知，锐钛矿型和金红石型的混合物光催化活性最高．故在本文中，采用价廉易得的四氯化钛为原料，用溶胶一凝胶法制备出干凝胶，干凝胶在600C下进行热处理，从而制得纳米二氧化钛粉体。并将其放人到焦化废水中，放在强阳光下照射，进行光催化氧化处理，取得较好效果．1实验部分1．1纳米二氧化钛的制备将一定量的TiC1缓慢加入到剧烈搅拌的无水乙醇中，再以一定的速率加入一定量的5mol／L的氨水，加完后继续搅拌90min．将浅黄色的胶体放在室温下凝胶5d，形成干凝胶．将干凝胶放人马弗炉中于600C下进行煅烧，即得纳米TiO粉体．1．2粉体特征测定将所得纳米粉体进行透射电镜(TEM)和X衍射(XRD)测试．其中透射电镜为GEM一2000FXⅡ型高分辨率透射电镜；X衍射仪为理学D／Max一2200型全自动X射线衍射仪．1．3焦化废水的光催化氧化处理焦化废水取自贵州省某化工厂焦化车间，CODcr为2351．3mg／L．取100mL焦化废水放到250mI烧杯中，加入一定量的TiO粉体，放在强阳光下照射4h，取上层清液测CODcr值．2结果与讨论2．1TiO粉体的TEM和XRD测试结果分析所得粉体的XRD谱图见第82页图1．由图1可以看出，胶体未经热处理时不能得到晶态的二氧化钛，当热处理温度在300C到600C之间时，二氧化钛均为锐钛矿和金红石的混合物，到750C时则为纯的金红石晶体．不同温度下制得的二氧化钛粉体的TEM见第82页图2．由图2可以看出，随着温度的增加，粉体的粒径逐渐增大，且团聚现象也越来越严重，故热处理温度不宜高于600C．由中国科学院地球化学研究所资源环境测试分析中心分析得出：用溶胶～凝胶法来制备二氧化钛时，处理温度为600C时所制得*贵州工业大学校立科研项目(2002年校基字315号)．1)讲师；2)博士、副教授、硕士生导师；3)教授、硕士生导师；4)实验师，贵州大学化学与生物学院，550003贵阳收稿日期：2004—10—10；修回日期：2004—12—23维普资讯http://www.cqvip.com82煤炭转化2005年t=750℃-卜譬．r10．0002000030．00040．00050000f=60o℃銎mr∞’h^H^．—一藤10．00020000300004000050．0001000020000300004000050000t=300℃昌、^^蒸jl寮10．00020．00030．00040．00050．0001000020．00030000400005000020／(。)图1不同温度下纳米二氧化钛粉体的XRD图Fig．1XRDpicturesofnanometertitaniumdioxideindifferenttemperatures图2不同热处理温度下制得的二氧化钛粉体的TEM图Fig．2TEMpicturesoftitaniumdioxideparticlestreatedindifferentheatedtreatmenttemperaturea——300C．b——450C；c一600C；d——7O0C的TiO的平均粒径为65ilm，有一定的团聚现象．团聚现象的产生是由二氧化钛粉体较大的比表面积和表面能所造成的．将不同温度下制备出的二氧化钛粉体用于二次处理水的光催化氧化处理，结果见图3．6050403020l00Temperatureofheattreatment／0图3不同二氧化钛粉体的处