负载TiO2的碳纳米管光催化降解腈纶废水的研究

第28卷1期2005年3月安徽师范大学学报(自然科学版)JournalofAnhuiNormalUniversity(Natm'alScieTlce)V．28No．1Mar．2005负载TiO2的碳纳米管光催化降解腈纶废水的研究徐志兵一，周建军2，魏先文(1．安徽师范大学化学与材料科学学院，安徽省功能性分子固体重点实验室，安徽芜湖241000；2．安庆师范学院资源环境系，安徽安庆246oo3)摘要：采用溶胶一凝胶法制备了负载二氧化钛的多壁碳纳米管，对其结构进行了x一射线粉末衍射(XRD)、透射电镜表征，并且还探讨了负载二氧化钛的碳纳米管用于腈纶废水的处理．实验结果表明，该种催化剂具有很好的光催化活性．以300W中压汞灯为光源，在250n的腈纶废水中加入100nag负载有Ti02的碳管光催化处理1h，废水的O0D去除率达22％；经Fenton试剂进行预处理后，加入150nag载有Ti02的碳纳米管进行光催化实验，经光催化氧化3h后，O0D去除率达到90％，处理效果非常明显，可见Fenton试剂预处理与Ti02光催化联合使用，对含腈废水中的难降解有机物去除效果好，具有一定的实用性．关键词：废水；Fenton试剂；TiO2纳米粒子；碳纳米管；光催化中图分类号：0614．411文献标识码：A文章编号：1001—2443{2005}01—0061—04鄹胃目前我国有几十家中型的腈纶生产厂，其中部分采用湿法生产工艺，排放的废水中含有多种有毒有害的污染物质，且难以生物降解，是石油化工污染治理和控制的一道难题HJ，国内一些研究机构对此开展了一些有益的探索【3-5]．利用光催化技术处理工业废水，尤其是难于生化降解的有机污染物，是当前世界水处理相当活跃的研究领域．纳米TiO2作为一种友好型光催化剂，具有很好的氧化还原能力，因此在污水处理、空气净化等领域得到广泛的应用I7]．近年来，为提高纳米Ti02的光催化效果和回收利用率，人们利用各种载体制备固定型T02光催化剂，取得了较好的应用效果[8-9J．碳纳米管是1991年发现的一种碳结构，理想碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，石墨烯的片层一般可以从一层到上百层【lo]．由于碳纳米管具有独特的中空结构，比表面积大，吸附能力强，因此是理想的催化剂载体，但用作光催化剂尚未见报道．本实验尝试将碳纳米管作为TiO2载体，以有效提高TiO2的光催化活性，且便于回收利用．实验中以钛酸正丁酯为原料，采用了溶胶一凝胶法制备载钛碳纳米管，并将其用于湿法腈纶废水光催化降解研究．实验结果表明，该种催化剂具有很好的光催化活性．1实验步骤及分析方法1．1负载TiO2碳管的制备室温下将多壁碳纳米管(深圳纳米港)在浓硝酸中加热回流12小时，洗净、烘干后备用．将3ml钛酸正丁酯加入到30ml无水乙醇中，搅拌均匀后，加入1g酸化处理后的碳管，然后将上述溶液剧烈搅拌，缓慢滴加乙醇水溶液(水、乙醇用量分别为5ml，用硝酸调节pH至1左右)到上述溶液中，继续搅拌1h．将悬浮液在室温下陈化1天，80℃烘干后，在马福炉中400*(2灼烧90rain，即可制得负载Ti02的碳纳米管光催化剂．1．2光催化实验步骤光催化实验采用SGY1型多功能光化学反应仪(南京斯东柯电气设备有限公司)．取一定量光催化剂和250ml腈纶废水放入石英管，在无光照下充空气30rain，充气量为2．0L／min，使催化剂与反应液充分混合，收稿日期：2OO4—11—11基金项目：国家自然科学基金(20271002，20490210)；安徽省优秀青年科技基金(04046065)；安徽省教育厅自然科学基金重点项目(2001KJ115zD)；安徽师范大学博士启动基金．作者简介：徐志兵，(1965一)，男，安徽桐城人，副教授，研究方向：碳基功能材料；通讯作者：魏先文，(1964一)，男，安徽肥东人，教授，博士生导师．维普资讯http://www.cqvip.com62安徽师范大学学报(自然科学版)2005年达到吸附脱肘平衡，开启汞灯，以300W中压汞灯为光源，每隔一定时间取样一次，在离心机中以3000转／分钟离心分离20rain，取上清液测定反应液的吸光度或ODDcr值．1．3主要分析方法ODD采用重铬酸钾法测定11；废水的吸光度在日本岛津uV一2501PC型紫外可见分光光度计上测定；XRD采用日本岛津XRD一6O00X一射线粉末衍射仪(铜靶)．2结果与讨论2．1负载TiCh碳管的表征图1负载有的碳纳米管X一射线衍射图图2负载有的碳纳米管的透射电镜图№．1XRDpatternofTcoated∞carlxmnanombes№．2TEMimageofT~h／carlxmnanotubes伽p0sites对负载有TiCh的碳纳米管进行x一射线衍射分析，其衍射图见图1