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自制纳米TiO2光催化剂对水中甲基橙的降解

自制纳米TiO2光催化剂对水中甲基橙的降解自制纳米 !"#$ 光催化剂对水中甲基橙的降解李灵芝，李建渠（韶关学院化学与环境工程学院，广东韶关 %&$’’%）摘要：以硫酸氧钛（!"#(#)）为原料，制备了掺银的纳米 !"#$ 光催化剂 *将该催化剂用于甲基橙溶液的降解试验，考查了掺银量、催化剂加入量、溶液 +, 值、溶液浓度对降解率的影响 *结果表明：在浓度为 &’ -./0 的甲基橙溶液（+, 1 2）中，投加 3 *’ ./0掺银量为 %4的光催化剂时降解率为 56 *&4 *表明用掺杂的纳米 !"#$ 光催化剂处理水中的有...

自制纳米 !"#$ 光催化剂对水中甲基橙的降解李灵芝，李建渠（韶关学院化学与环境工程学院，广东韶关 %&$’’%）摘要：以硫酸氧钛（!"#(#)）为原料，制备了掺银的纳米 !"#$ 光催化剂 *将该催化剂用于甲基橙溶液的降解试验，考查了掺银量、催化剂加入量、溶液 +, 值、溶液浓度对降解率的影响 *结果表明：在浓度为 &’ -./0 的甲基橙溶液（+, 1 2）中，投加 3 *’ ./0掺银量为 %4的光催化剂时降解率为 56 *&4 *表明用掺杂的纳米 !"#$ 光催化剂处理水中的有机物是一条有效的途径 * 关键词：自蔓燃；纳米二氧化钛；光催化；甲基橙中图分类号：75’2 文献标识码：8 文章编号：&’’5 9 %2)6（$’’3）’2 9 ’’%) 9 ’2 纳米二氧化钛 !"#$，由于微粒尺寸小、比表面积大，加上表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大，表现出许多不同于常规材料的新奇特性［&］*在环境治理、光解水等领域显示出广阔的应用前景［$，2］* 纳米 !"#$ 的制备方法很多，有气相氧化法［) : 3］、水热法［5］和溶胶 9 凝胶（;<= 9 .>=）法［6 : &’］等，但这些方法大都成本高，难于推广普及 *因此，研究开发廉价、工艺简单的制备方法，来获得高性能的纳米 !"#$ 是现今制备纳米 !"#$ 技术所追求的主要目标 *溶胶一凝胶自蔓燃合成（简称 (8(）也称低温燃烧合成，是 ?’ 年代发展起来的合成工艺 *本研究以 !"#(#) 为原料，采用 (8(工艺，合成纳米 !"#$，并用于对甲基橙的降解，为光催化剂在水处理中的应用提供科学依据 * ! 实验部分 ! "! 纳米 !"#$ 光催化剂的制备向硫酸氧钛 !"#(#) 溶液中加入适量沉淀剂，使 !"（!）完全形成正钛酸沉淀析出，过滤洗涤后用一定量的浓硝酸将沉淀溶解，得到澄清透明 !"#（@#2）$ 溶液 *用氧化还原滴定法［&&］标定 !"（!）的浓度 * 将 %’4的柠檬酸与 !"#（@#2）$ 溶液混合，以保证 !"（!）充分发生络合反应 *向混合溶液中加入不同比例的硝酸银，可制备出不同掺银比例的复合光催化剂，然后在 5’ : ?’A加热蒸发，溶液逐渐转变为凝胶 *将凝胶置于 $’’A以下的马弗炉内，充分膨胀炭化后升温至 2’’A，凝胶被点燃发生自蔓延燃烧反应，在 3’’A 保温 $ B，得到产品 * ! "# 光催化剂催化性能的研究光催化性能的研究是通过降解偶氮染料甲基橙为模拟水样来评价的 * 在 %’ -0烧杯中加入 2’ -0浓度为 &’ -./0的甲基橙溶液和一定量的光催化剂，在太阳光照射下进行反应，每隔一定时间取样一次，用 &’ --比色皿在最大吸收波长处测定其吸光度 8，根据降解前后吸光度的变化求出其降解率 * 降解率计算公式为：降解率 1（8’ 9 8C）/ 8’ D &’’4 收稿日期：$’’% 9 ’6 9 2’ 作者简介：李灵芝（&?3$ 9），女，河南鲁山人，韶关学院化学与环境工程学院教授，主要从事水污染净化处理研究 * $’’3 年 2 月韶关学院学报·自然科学 EFG *$’’3 第 $5 卷第 2 期 HG;"NO· !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! @FNIGF= (P">JP> Q<= *$5 @< *2 万方数据 ! 试验结果与讨论 ! "# !" # 的掺入量对甲基橙降解率的影响在 $ 份浓度为 %&’"()的甲基橙溶液中，分别加不同掺银量的光催化剂，催化剂加入量均为 * + %&, ’"()，图 % 掺银量对降解率的影响甲基橙溶液本身的 -. 值为 / 左右，控制水温为 *01，日光照 0 2，实验结果如图 % 3由图 % 看出，掺入银离子的纳米二氧化钛的催化活性明显高于纯纳米二氧化钛，掺 !" # 0 3 &4的催化剂可使甲基橙的降解率达 0&4 3其原理是 !" 在 567* 表面沉积后可以形成电子捕获阱，从而促进光致电子和空穴分离，延长空穴的寿命，因而可以提高催化剂的光催化氧化活性 3随着载银量的增加，这种分离作用被强化［8］，所以，在试验范围内，掺 !" # 0 3 &4的复合光催化剂对甲基橙的降解效果相对最好 3 ! "! 催化剂加入量的影响图 * 催化剂加入量对降解率的影响在与 * 3% 反应条件相同时，仍在浓度为 %& ’"() 的甲基橙溶液加入不同量掺银 0 3&4的光催化剂，考查催化剂加入量对降解率的影响，结果如图 * 3 由图 * 可知，催化剂加入量为 / 3 & + %&, ’"() 光照 02 的降解率可达 /0 3/4，而当催化剂的加入量较少时，溶液中 567* 的浓度较小，对甲基橙的吸附弱，并且系统中的太阳光也得不到充分地利用，因此光催化活性较差 3而随着催化剂的用量增加，溶液中的 567* 浓度增加，对被降解分子的吸附能力加强，有机物在催化剂表面发生反应，所以，甲基橙的降解率升高 3 图 , 溶液 -.值对降解率的影响 ! "$ 溶液 -.值的影响在浓度为 %& ’"()的甲基橙中加入掺 !"# 0 3&4的光催化剂，加入量均为 / + %&, ’"()，用硝酸和氢氧化钠调节溶液 -. 值在 * 3 & 9 : 3 & 之间，日光照射 0 2 考察 -.值的影响，结果如图 , 3 由图 , 可知，-.值为 , 3& 的甲基橙溶液在光照 02 时降解率达 8; 3%4，而 -.值为 : 3& 的溶液 0 2时降解率仅为 ,, 3/4，说明在酸性条件下甲基橙的醌式结构比偶氮结构更易于氧化降解 3因此在实际应用中，针对不同成分有机物废水的降解要先研究最佳的 -. 值范围，才能达到较好的处理效果 3 图 $ 溶液浓度对降解率的影响 ! "% 溶液浓度的影响分别取浓度为 * ’"()、$ ’"()、/ ’"()、; ’"()、%& ’"()、*& ’"() 的甲基橙溶液，在上述相同的条件下（溶液 -. < /，投加 / + %&, ’"()掺银 04的催化剂）进行光催化降解试验，考察溶液浓度对降解率的影响，结果如图 $ 3 由图 $ 可知，溶液浓度为 *’"()的甲基橙溶液的降解率最高可达 ;, 3/4，随溶液浓度的增加，降解率稍有降低 3这是因为当催化剂的投入量一定，光强度一定，只能对一定浓度范围内甲基橙溶液第 , 期李灵芝，等：自制纳米 567* 光催化剂对水中甲基橙的降解 · 00 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! · 万方数据进行有效降解 !所以，针对不同浓度和不同成分的水质进行光催化降解时，选择最佳投加比也是使用光催化剂时要注意的一个关键问题 ! ! 结论（"）以廉价的钛白粉中间体硫酸氧钛（#$%&%’）为原料，采用低温自蔓燃法制备了纳米 #$%( 和掺银的纳米光催化剂 ! （(）自制光催化剂可以有效降解偶氮染料甲基橙，针对试验设定的 ") *+,- 甲基橙溶液，投加 . ! ) / ")0 *+,-的掺银 1 !)2时的光催化剂，在溶液 34值为 0 时降解率为 56 ! "2 !由此可推断，在实际应用中，通过对各种影响因素的适当调整优化，最大程度的提高光催化剂的效率，降低使用成本，推进这种新型环境友好水处理技术尽早应用于实际 ! 参考文献：［"］高濂，郑珊，张青红 !纳米氧化钛光催化材料及其应用［7］!北京：化学工业出版社，())( ! ［(］黄婉霞，孙作凤，吴建春，等 !纳米二氧化钛光催化作用降解甲醛的研究［8］!稀有金属，())1，(9（"）：0’ : 06 ! ［0］赵红雁，张敬畅，曹维良 !纳米 #$%( 光催化降解苯酚［8］!石油化工，())0，0(（0）：(’5 : (1) ! ［’］王建营，胡文祥，孙家跃，等 !纳米二氧化钛光催化氧化在环境治理中的研究［8］!化工时刊，())’，"6（(）：(( : (’ ! ［1］姚超，吴凤芹，林西平，等 !纳米二氧化钛的气相合成［8］!现代化工，())’，(’（9）："’ : ". ! ［.］蒋玉龙，王智宇，唐培松，等 !量子尺寸纳米 #$%( 的水热制备及光催化性能［8］!浙江大学学报：工学版，())1，09（0）：’’) : ’’’ ! ［5］朱静，李天祥，朱莎娜，等 !由四氯化钛制备纳米二氧化钛的方法的研究［8］!贵州化工，())1，0)（(）：(( : (0 ! ［6］贲宇恒，李贺，张卫国，等 !纳米二氧化钛薄膜光催化氧化降解苯胺的研究［8］!工业催化，())1，"0（1）：0. : 09 ! ［9］吴腊英，李长江 !纳米二氧化钛粉末的溶胶 : 凝胶法合成及晶相转化［8］!无机化学学报，())(，"6（’）：099 : ’)0 ! ［")］井立强，孙晓君，蔡伟民，等 !掺杂 ;<的 #$%( 纳米粒子的光致发光及其光催化活性［8］!化学学报，())0，."（6）："(’" : "(’1 ! !"#$%&%’()* )+ ,"’-./ 0$%*#" 1. 2"/+ : 3.*’-"3(4"& 5%*)6"’"$ 7(0( -= -$>+?@A$，-= 8$B>?CD （;EFF<+< EG ;A<*$HIJK B>L M>N$JE>*<>IBF M>+$><+，&ABE+DB> O>$N 1"())1，PDB>+LE>+，;A$>B） 813’$%9’：OH$>+ #$%&%’ BH JBQ *BIB>E* T< DH? IAL $IH L<+JBLBI$E> 7+< QBH $>NLL$I$E>H EG L$GGI LEHL SBIBFKHI，L$GGI 34 B>L 7+< SE>S<>IJBI$E> EG ")*+,-，IA< L<+JBLBI$E> 3I QBH 1) !"2 QA<> IA< LEH< EG H$FN IA< LEH< EG SBIBFKHI EG #$%( J 34 QBH 0 !)，BFF EG QA$SA HAEQ EG >B>E* IB$>$>+ 7+< ! :". ;)$&3：BDIE?$+>$I$>+ 3JESB>E*+< （责任编辑：赵鸥） · 1. · 韶关学院学报·自然科学 ()). !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 年万方数据

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