Ni^2＋／TiO2介孔材料光催化降解造纸废水影响因素的研究

第20卷第10期2008年1O月化学研究与应用ChemicalResearchandApplicationVo1．20，No．10Oct．，2008文章编号：1004—1656(2008)10—1385-06Ni／TiO2介孔材料光催化降解造纸废水影响因素的研究徐会颖，周国伟，魏英勤(山东轻工业学院化学工程学院，山东济南250353)摘要：溶胶．凝胶法合成了不同Ni掺杂量的Ni“／TiO介孔复合材料。用x射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TaM)、红外(FT-IR)光谱和N吸附脱附等对产物结构进行了表征。考察了Ni掺杂量、催化剂的用量、初始pH、外加氧化剂等因素对光催化降解造纸废水的影响。结果表明：Ni“／TiO介孔复合材料光催化降解造纸废水的最佳反应条件为：Ni掺杂量为2％、催化剂用量1．5g／L、初始pH=4、通氧；光照4h后，废水色度去除率达100％；12h后，废水CODc去除率达到83．4％。关键词：Ni“／TiO介孔材料；光催化降解；造纸废水中图分类号：0614．411文献标识码：A由于其在污染物降解方面的卓越性能，纳米TiO近年来得到了深入的研究。而具有较大比表面积、纳米尺寸孔道结构的介孔TiO材料也由于其对有机污染物的强吸附特性和较高的光催化效率而受到科学家的广泛关注。当前，我国地表水和地下水的污染80％以上属有机型污染，污染源主要为造纸、化纤等行业产生的工业有机废水。常规处理程序包括物理法和生化法无法完全除去难降解有机物。即使好氧和厌氧处理体系能够降低废水的生物耗氧量，但对色度的去除率却很有限⋯。高级氧化技术可使有机污染物完全降解为无害的小分子，TiO已被成功用于矿化源于木素降解的有机物质。这些化合物与废水的色度有关，且都难于降解J。据报导，TiO光催化反应用于去除制浆废水中含有的可溶性有机物的毒性、降低色度等方面取得了较好的效果。而对介孔TiO：进行过渡金属掺杂改性可进一步提高其光催化活性和稳定性并拓宽其光吸收范围。本文通过溶胶一凝胶法制备出Ni“／TiO介孔复合材料，将其应用于造纸废水的深度处理，考察了不同Ni掺杂量、pH值、催化剂用量、光照时间及外加氧化剂等因素对光催化降解造纸废水效率的影响。1实验部分1．1Ni掺杂介孔TiO的制备不同Ni掺杂量介孔TiO：材料的制备方法如下：将一定量的三嵌段的共聚物(PluronicP123)溶于正丁醇中，搅拌3O分钟，再将钛酸正四丁酯(TBT)缓慢的滴加到其中，继续搅拌1小时。将不同量硝酸镍溶于盐酸的水溶液中后，缓慢的滴加到上述溶液中。各试剂的摩尔比为P123：HCI：水：正丁醇：TBT=0．025：1：6．5：6．5：1。制备五份平行样品，使硝酸镍与TBT的摩尔百分数分别为0％、1％、2％、3％、4％。将制备好的溶胶放入50℃的恒温水浴锅中老化7天，130oC下加热过夜，350oC中煅烧6小时，取出研磨待用。制备出的样品分别记为O％Ni“／TiO(纯介孔TiO)、l％Ni¨／TiO2、2％Ni“／TiO2、3％Ni“／TiO2和4％Ni¨／TiO2。1．2仪器与分析表征x射线衍射仪(日本理学D／MAX2200PC型)用于分析材料的晶化程度，扫描步幅为0．06。／s。用透射电镜TEM(日本JEM一100CXII型)表征介孔材料的孔道结构及介孔的排列方式。样品的BET(Brunauer—Emmett—Teller)比表面积和BJH收稿日期：2008-01-23；修回日期：2008-06—13基金项目：山东省自然科学基金重点项目(Z2006B07)资助；教育部留学归国人员科研启动基金(2005383)项目资助联系人简介：周国伟(1965一)，男，教授，主要从事纳米材料制备及催化性能研究。Email：guoweizhou@tom，cornl386化学研究与应用第20卷(Barrett．Joyner—Halenda)孔径分布测定则在ASAP2020型自动气体吸附仪(美国Micromerties)分析，检测之前样品在200℃下脱气3小时以脱除物理吸附的气体。介孔材料的傅立叶变换红外光谱(FT—IR)测定在德国Tensor27红外分光光度计上进行，KBr压片；扫描次数：32，分辨率：4era～。1．3光催化降解光催化实验是在带有循环冷却水的光催化反应器中进行的，以375W直管式高压紫外灯为光源，以山东某纸厂的草浆黑液为目标降解物。取一定量稀释一定倍数的黑液，调节pH值、催化剂用量、催化剂种类及光照时问，避光超声(昆山市超声仪器有限公司KQ2200型，功率80W)分散30rain，置于光催化反应器中，光照的同时鼓人工业氧，间隔一定时间取样。样品经高速离心机8000r／min的转速下离心分离15rain，除去介孔TiO材料，取上层清液做分析测试。同时做空白实验进行对比，以考察在不同