水溶液中苯酚在阳光下催化氧化降解的初步研究

第24卷第6期2002年l2月西南石油学院学报JournalofSouthwestPetroleumIntituteV01．24NO．6Dec2002文章编号：1000—2634(2002)06—0071～03水溶液中苯酚在阳光下催化氧化降解的初步研究陈集，饶小桐，赵波，丰敏，李志铭2(1．西南石油学院化学化工学院，四川南充63700l；2．塔指油气开发公司天然气公司)摘要：介绍了一种以加碳焙烧法改性的膨润土作载体，用溶胶一凝胶法制备的新型Ti02一Ag复合催化剂。研究了该催化剂在阳光下对水样中苯酚的催化氧化降解条件、影响因素和降解率。结果表明，该催化剂有较高的催化氧化活性，在通入空气的条件下，对pH=4．0，浓度为5mg／L的苯酚水样处理3h，其苯酚去除率可达98％左右。该催化剂性能稳定，易于沉降分离，回收后经高温活化，可反复多次使用，为高效、经济地利用日光催化氧化含酚废水的进一步研究提供了实验依据。关键词：光催化氧化；二氧化钛；苯酚；水处理中图分类号：TE624．9；TQ426．95文献标识码：A酚类是对环境危害较大，来源较广的污染物，已被各国环保部门列入环境优先污染物黑名单，是重点监测和治理的对象之一。水体中的酚类主要来自石油天然气钻采、石油炼制、石油化工、炼焦、洗煤、合成氨、造纸等工业的废水和废弃物。对含酚废水的处理通常采用混凝法、曝气法、生化法、活性炭吸附法、臭氧氧化法等，其中有的方法效果欠佳，有的方法效果虽好，但成本较高。与这些传统的处理方法相比，采用半导体催化剂对有机污染物进行光催化氧化处理，具有高效、节能、无二次污染等特点，从而在国内外引起了广泛的重视【113J。锐钛型TiO'半导体催化剂是研究的主要对象，在能量大于等于其禁带宽度(Eg)的光的照射下，价带(VB)上的电子吸收光能，跃过禁带而迁移至导带(CB)上，形成了高活性的电子(e一)，同时在价带上产生了带正电荷的空穴(h)。h能与TiO2粒子表面吸附水作用，夺取其电子而生成具有极高氧化活性的羟基自由基(OH·，oH·能与众多有机化合物作用，而使其氧化降解。导带上的高活性电子能与水中的溶解氧作用而生成·02-，与水中的H等进一步反应亦能生成OH·，因此，在反应时通人空气有利于减少电子与空穴的复合，提高oH·浓度。由于锐钛型TiO’的带隙宽度约为3．2eV，故只有在波长小于388Elm的紫外光的照射下，才能产生上述光催化氧化作用。而辐射至地面的太阳光中的紫外成分仅占其总能量的5％左右，因此对苯酚的光催化氧化研究，多在室内采用紫外光源或紫外成分较多的大功率高压汞灯下进行[一。研究表明，TiO2粒径越小，比表面越大，光催化氧化活性就越高，但若粒径太小，又会增大催化剂回收的难度和操作成本，为克服这一困难，通常将纳米级的TiO2微粒负载于硅胶、三氧化二铝、分子筛等吸附剂颗粒的表面，或在玻板上形成TiO’的薄膜。为了降低TiO2的带隙宽度，扩大激发光的波长范围，提高光催化氧化效率，可采取在TiO，晶粒中掺杂、形成复合半导体、表面敏化等措施【3J。由于加碳焙烧改性膨润土具有比表面较大、机械强度较高、吸附性能较好、制备简便、价格低廉等优点【7J，因此我们用它作为TiO2微粒的载体，并加入少量银盐，制成了一种新型复合型TiO2一Ag半导体光催化剂，并进行了苯酚水样在日光下的催化氧化降解试验。结果表明，复合型催化剂在日光下有较高的催化氧化活性，其性能稳定，反应后容易从溶液中沉降分离，回收后经高温活化可反复多次使用，为高效、经济地利用日光催化氧化处理低浓度含酚废水的进一步研究，提供了实验依据。1实验部分1．1仪器*收稿日期：2002—02—22作者简介：陈集(1948一)，男(汉族)，四川三台人，副教授，从事分析科学和环境保护研究。维普资讯http://www.cqvip.com72西南石油学院学报2002焦恒温烘箱；马弗炉；721A型分光光度计；B一9801型空气泵；搅拌器；天平。1．2试剂三台膨润土；钛酸丁酯(C．P)；无水乙醇(A．R)；浓HNO3(A．R)；AgNO3(A．R)；NaOH(A．R)；HC1(A．R)；苯酚(A．R)；测定苯酚浓度的试剂【引。1．3实验方法1．3．1催化剂载体的制备用加碳焙烧法对膨润土进行改性j，加碳量3％，焙烧温度600℃，焙烧时间2h，冷却后筛取80～120目的颗粒作为催化剂载体。1．3．2改性膨润土负载TiO2催化剂(催I)的制备取10mL钛酸丁酯与40mL无水乙醇混匀，得溶液A；取30mL无水乙醇、5mL纯水和0．4mL浓HNO3，混匀，得溶液B，在快速搅拌下将A逐滴加入B中，生成透明溶胶，然后将40g催化剂载体倒入其中，继续搅拌，直至形成凝胶时为止。静置12h后在80℃下烘至近干，用搅棒将其搅为松散的颗粒。在105℃烘1h，转移至马