负载型二氧化钛光催化氧化甲醛废水的动力学研究

第26卷第l期V0l_26N0．1重庆工商大学学报(自．然科学版)JChongqingTechnotBusinessUniv．(NatSciEd)2009年2月Feb．2009文章编号：1672—058X(2009)01—0019—03负载型二氧化钛光催化氧化甲醛废水的动力学研究术侯苛山，郑旭煦，李小红(重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心，重庆400067)摘要：以颗粒活性炭为载体，钛酸丁酯、乙醇为原料，采用s0l—gel法制备了TiO一活性炭复合材料(TiO／AC)。同时采用紫外灯为光源，考察了不同TiO：／AC复合材料投加量以及不同甲醛废水初始浓度对光催化反应速率的影响。结果表明：TiO／AC复合材料光催化甲醛废水的动力学表现为Langmuir—Hinshel—woof一级反应动力学规律。关键词：TiO2／活性炭；甲醛；动力学中图分类号：O621．25文献标识码：A自1972年Fu-jishima和Honda⋯报道利用TiO单晶电极光解水的实验结果以来，因其具有良好的化学稳定性、机械稳定性、耐光腐蚀、低廉无毒等特I生而被广泛地应用于抗污涂料、杀菌、太阳能敏化电池和光催化处理环境污染物等。但是，由于TiO颗粒悬浮在液相中，分离回收困难，限制了其在实际中的应用。实验采用溶胶一凝胶法制备了TiO／AC复合材料，解决其回收问题，并研究了其在4Ow紫外灯照射下光催化降解甲醛废水的效果及动力学规律。1实验1．1实验材料与仪器钛酸丁酯(国药集团化学试剂有限公司，化学纯)；冰乙酸(重庆川东化学制药厂，分析纯)；活性炭颗粒(阳竹溪活性炭有限公司，40—60目)。40w紫外灯；HH一2型数显恒温水浴锅；日本岛津UV2450紫外可见分光光度计。1．2复合材料制备取40mL钛酸丁酯缓慢逐滴加入到150mL无水乙醇与8mL冰乙酸的混合液中，机械搅拌24h变淡黄色，然后加入16g活性炭颗粒，机械搅拌24h后过滤出活性炭颗粒，将活性炭颗粒于100℃烘干后在马弗炉中于400℃灼烧2h，得TiO／AC复合材料。1．3催化剂活性评价取一定量催化剂加入到自制光催化反应装置中，加入200mL一定浓度的甲醛溶液，于黑暗处静置30rain吸附平衡后，接通40w紫外灯光，照射4h，每隔0．5h取样1mL，加4mL乙酰丙酮显色液，用25mL比色管定容至25mL，将比色管在75ciC水浴锅中水浴10min，用UV2450分光光度计在414nm波长处测定其吸光度，并计算降解率叼。'7：×100％'7丁×收稿日期：2008—11—02；修回日期：2008—12—10。基金项目：重庆市自然科学基金计划项目(2007BB7208)。作者简介：侯苛山(1982一)，男，山东青岛人，硕士，主要研究方向为水污染控制理论与技术。通讯作者：郑旭煦(1964一)，博士，教授，主要从事光催化剂及其应用研究。E—mail：xuxuzheng@ctbu．edu．cn20重庆工商大学学报(自然科学版)第26卷其中，叩为该反应的降解率；A。为光照前甲醛溶液的吸光度；4为光照t时间后甲醛溶液的吸光度。2结果与讨论2．1不同材料投加量对去除效果的影响将1、2、3、4、5gTiO／AC复合材料分别加入200mL浓度为38mg／L的甲醛溶液中，并进行光催化降解实验，同时以1g活性炭做活性炭吸附甲醛溶液的空白实验。结果如图1。10090807060504O3020100—10水0306090120l50l8O210240270￡／min图1不同投加量与甲醛废水降解率关系曲线图2不同甲醛初始浓度与降解率关系曲线由图1可知，活性炭本身对甲醛废水没有吸附效果，溶液中甲醛的去除都是由负载在活性炭上的TiO，光催化降解的。从图1可以看出，整体上随着催化剂投加量的增加反应速率增加，尤其在前30rain内，甲醛去除率迅速升高，这是因为在反应初始阶段吸附作用为主要控制步骤，随着反应的进行，传质和光源的利用率成为主要控制因素，在光源保持稳定的情况下，催化剂投加量增加，对光子的利用率提高，光照产生的空穴和OH·增多，降解率提高。2．2不同甲醛初始浓度对降解效果的影响在浓度为11．8、23．8、38．0、46．0mg／L的甲醛溶液中分别投加1gTiO／AC复合材料进行光催化降解实验，实验结果如图2。山图2可知，同一TiO／AC复合材料投加量对低浓度甲醛废水有着较高的去除率。这是冈为在相同条件下，催化剂受光激发产生空穴和OH·数目一定，单位时问内参加反应的反应物分子基本一定，反应物浓度越低，被降解的比例越大，降解率越高。但是当甲醛废水浓度为46．0mg／L时，其单位材料的去除量为25．7mg／L，远大于初始浓度为11．8mg／L时的8．3mg／L，材料得到更充分的利用。2．3TiO，／AC复合材料降解甲醛废水动力学分析