国产二氧化钛在光催化降解染料废水中的应用

收稿日期22第一作者张天永男年生博士后联系人赵进才׃¬∞23国家杰出青年基金批准号!国家自然科学基金批准号!中国科学院重大项目基金及国家科委科研基金资助课题国产二氧化钛在光催化降解染料废水中的应用3张天永李祥忠赵进才中国科学院感光化学研究所北京提要研究了几种国产和进口二氧化钛在光催化降解染料污染物方面的应用÷射线衍射及扫描电镜分析结果表明锐钛矿型含量高以及粒径小的二氧化钛能很好地催化降解有机染料不同结构染料的降解难易顺序为酞菁类蒽醌类单偶氮类降解速度与吸附有直接关系搅拌分散体系和糊状体系的实验结果表明难于生物降解的高浓度直接耐晒大红≥工业染料废水可被光催化降解并矿化国产催化剂可重复利用多次光源可采用太阳光关键词二氧化钛光催化有机染料废水处理分类号÷随着社会经济的发展环境污染也愈加严重已从局部波及到全球甚至在某些方面阻碍了经济的发展其中染料废水污染尤为严重染料废水的色度深!浓度高!毒性大难于在自然条件下降解或用微生物法降解近年来光催化降解水中有机污染物为这种污染物废水的治理提供了新思路≈∗也有用光催化降解水中染料污染物的报道≈∗光催化法降解废水中的染料污染物所需化学品少!≤⁄除净率高!可利用太阳光!无二次污染因而有广阔应用前景以往的研究多使用国外产纳米级二氧化钛≈∗不仅成本高而且处理后的二氧化钛不易于分离这给光催化剂重复利用带来很大困难本文选择种国产粉状工业二氧化钛测试了其物化性质并用于染料废水的光催化降解比较了各种二氧化钛的催化性能以及不同结构染料的降解特性实验结果表明国产二氧化钛可用于高浓度直接耐晒大红≥染料废水的光催化降解且易于分离并可重复利用为光催化净化法的实际应用提供了依据1实验部分1.1试剂国产二氧化钛的产品牌号!产地和物化性质见表染料取自工业品经文献≈方法提纯后使用工业染料废水为山东某厂的直接耐晒大红≥生产废水实验用水为去离子水其他药品为分析纯试剂1.2光催化反应搅拌分散体系反应装置为容积为的立式°¬玻璃反应瓶磁力搅拌光源为紫外灯!可见灯或太阳光在的染料溶液Λ中加入1二氧化钛避光搅拌完成吸附平衡反应一定时间后取样经微孔膜1Λ过滤掉二氧化钛滤液供分析糊状体系在的玻璃培养皿中放入二氧化钛再加入直接耐晒大红≥染料工业废水调成糊状放在选定的光源下照射1.3分析方法∂2∂谱以≥∏2型谱仪进行测量化学耗氧量≤⁄采用重铬酸钾法测定≈二氧化钛晶型含量采用日本理学型÷射线衍射仪测定铜靶Ηβ∗β二氧化钛的颗粒大小由日本电子光学公司≥2≤ƒ型扫描电镜测得第卷第期催化学报年月∂≤∏≤2结果与讨论2.1国产二氧化钛的降解性能几种国产二氧化钛中锐钛矿型和金红石型的含量!平均粒径δ以及对酸性红和酸性红的降解速率半衰期τ等的比较结果列于表表1几种二氧化钛的基本物化性能及降解性能××√∏×°∏≤∏δτ3ƒƒƒ)ƒ)×≤ƒ××≤))°⁄∏≤3×/)0一般认为型二氧化钛具有较高的光催化活性而型二氧化钛的光催化活性较低表数据表明和为型光催化活性较低和×为型光催化效率较高其中×因粒径较小而光催化活性更高一些至于×虽然型比型含量高但由于平均粒径过大催化效果不好°中型比型含量多但不如和×中的型含量高但由于平均粒径非常小故其光催化效果仍然很好对于二氧化钛的光催化能力除考虑型和型的含量外还要考虑催化剂颗粒的大小!比表面积及型和型在×中的结合状态等因素的影响2.2Α101对不同结构染料的降解效果选择了种工业常用染料用国产二氧化钛降解的结果见表所列表中数据表明单偶氮染料红红易于降解褪色单偶氮键易于断裂蒽醌类染料•降解稍难蒽醌结构不易被破坏酞菁类染料22最难于降解这与酞菁的稳定杂环结构有很大关系另外发现这几类染料在二氧化钛表面的吸附能力大小顺序为酞菁类蒽醌类单偶氮类因此吸附太强可能也是难于降解的原因之一表2不同结构工业染料的光催化降解结果××∏√∏∏×⁄⁄¬√≤⁄∏∏∏≥∏⁄×∏∏√×∏∏2√×∏∏2•∏∏•∏•∏2.3高浓度难降解工业染料废水的降解以为催化剂对直接耐晒大红≥工业废水的降解结果见表直接耐晒大红≥是一种双偶氮平面型分子在二氧化钛表面吸附很强吸附量约Λ光催化降解比较困难在搅拌分散体系将原废水稀释倍中降解时用•可见灯照射降解约用•紫外灯照射红色基本褪去但仍稍期张天永等国产二氧化钛在光催化降解染料废水中的应用表3直接耐晒大红4ΒΣ工业废水的光催化降解结果××∏⁄°≥≥∏∞¬∏⁄∏√≤⁄≥Λ√•≥Λ∂•≥Λ显黄色用强烈太阳光照最后仍稍带黄色说明该染料难降解其中以太阳光降解效率较高因此利用太阳光可大大节省能源前景比较广阔由于≥染料被吸附的能力强故染料浓度不能过高但是可加大催化剂的用量以提高降解速度即将催化剂用量加大到极端配成糊状体系在糊状体系中≥废水不必稀释也能有效降解且催化剂可重复利用因此糊状体系的工业应用价值很大参考文献∞∏°Λανγµυιρ142∞≥ϑΠηψσΧηεµ92≤°∞εταλ.ϑΠηψσΧηεµ96∏≥×εταλ.ϑΠηψσΧηεµΒ101±∏°εταλ.ΧηεµΛεττ•∏׬•∏∏εταλ.ΕνϖιρονΣχιΤεχηνολ32•∏׬•∏∏∏εταλ.ϑΠηψσΧηεµΒ102•∏∏•∏׬εταλ.ϑΧηεµΣοχ,ΦαραδαψΤρανσ94≤⁄•ϑΠηψσΧηεµ92≤εταλ.ϑΠηοτοχηεµΠηοτοβιολΑ69≤√ΤεξτΡεσϑ46)见中国标准出版社总编室编中国国家标准汇编北京中国标准出版社ΙΝςΕΣΤΙΓΑΤΙΟΝΟΝΠΗΟΤΟΧΑΤΑΛΨΤΙΧ∆ΕΓΡΑ∆ΑΤΙΟΝΟΦ∆ΨΕΩΑΣΤΕΩΑΤΕΡΩΙΤΗΤΙΤΑΝΙΑΠΡΟ∆ΥΧΕ∆ΙΝΧΗΙΝΑ×÷(ΙνστιτυτεοφΠηοτογραπηιχΧηεµιστρψ,ΤηεΧηινεσεΑχαδεµψοφΣχιενχεσ,Βειϕινγ)Αβστραχτ°∏∏≤∏×∏÷⁄≥∞√×∏2∏2׬2∏22⁄°≥≥∏2×∏≤∏∏Κεψωορδσ∞•催化学报卷