二氧化钛光催化降解有机污染物的性能研究

二氧化钛光催化降解有机污染物的性能研究 苏州科技大学科生毕业设计（论文）

Ⅰ 二氧化钛光催化降解有机污染物的性能研究

摘 要

本文以钛酸四丁酯为钛源，采取水热法制备了二氧化钛纳米材料，用X射线衍射，电子扫描电镜等方法对合成的TiO2进行表征。实验研究了在模拟自然光条件下纳米二氧化钛降解亚甲基蓝的光催化行为，优化了实验条件如温度、二氧化钛光催化剂的用量对光催化降解的影响。实验结果表明，常温下，对于40mg/mL的亚甲基蓝溶液，加入10mg的TiO2，光催化降解40min，降解率可达到89％，但是在此基础上改变用量都会导致光催化降解率的降低。

关键词： 纳米二氧化钛 水热法 光催化降解 亚甲基蓝

苏州科技大学科生毕业设计（论文）

Ⅱ

Properties of organic pollutants Photocatalytic

Degradation

ABSTRACT

In this paper, titanium dioxide was prepared by hydrothermal method to prepare

rutile titanium dioxide nanorods by using four butyl titanate as titanium source. On

the basis of this study, the photocatalytic degradation of methylene blue under

infrared light is studied. And through the adjustment of the experimental conditions

such as temperature, pH, the amount of photocatalyst, it was concluded that the

relative optimum conditions of photocatalytic degradation of methylene blue were

obtained. In addition, by X-ray diffraction, cyclic voltammetry and scanning electron

microscope (SEM) method of TiO2 nano meter sticks from the phase and

microstructure were characterized. The experimental results show that the room

temperature and for 40mg / mL of methylene blue solution, adding more than 1.0g of

TiO2 photocatalytic degradation catalyst reaction 20MIN can achieve 89% of the

degradation rate, but with the amount of catalyst increase and decrease, the

degradation efficiency of catalyst will reduce, so the photocatalytic degradation

should pay attention to the usage of catalyst, should not be too much, also should not

be too little.

Keywords Rutile Titanium Dioxide hydrothermal Photocatalytic Degradation

of methylene blue 苏州科技大学科生毕业设计（论文）

Ⅲ

目 录

一 绪论 ............................................................... 1

1.1 前言 ........................................................ 1

1.2 纳米TiO2催化剂合成 ......................................... 2

1.2.1气相法 .............................................. 2

1.2.2 液相法 .............................................. 3

1.2.3 水热法 .............................................. 5

1.2.4 纳米TiO2的微观结构 ................................. 6

1.2.5光催化降解原理 ............................................. 7

1.3纳米TiO2在废水处理上的应用 .................................. 8

1.3.1含油废水 ............................................ 8

1.3.2制药废水 ............................................ 9

1.3.3印染废水 ............................................ 9

1.3.4造纸废水 ............................................ 9

1.3.5表面活性剂废水 ..................................... 10

1.3.6垃圾渗滤液 ......................................... 10

1.3.7重金属废水 ......................................... 10

1.3.8无机非金属废水 ..................................... 10

1.4 本文的研究意义，目的以及内容 ............................... 10

第2章 实验部分 ...................................................... 12

2.1实验药品与仪器 ................................................ 12

2.2 TiO2的合成与制备 .............................................. 12

2.3 TiO2光催化实验 ............................................ 13

2.3.1 实验装置的搭建 ..................................... 13

2.3.2亚甲基蓝光催化降解实验 ............................. 14

第3章 实验结果与讨论 ................................................ 16

3.1TiO2的结构表征 ............................................. 16

3.1.1 X-射线衍射（XRD） ................................. 16

3.1.2扫描电镜（SEM） ........................................ 16

3.2 亚甲基蓝的标准曲线 ......................................... 17

3.2不同温度下亚甲基蓝的降解情况 ................................ 18

3.3不同催化剂浓度下亚甲基蓝的降解率 ............................ 19 苏州科技大学科生毕业设计（论文）

Ⅳ 3.4 实验体会 ..................................................... 19

结论 ................................................... 错误!未定义书签。

致谢 ................................................... 错误!未定义书签。

参考文献 ............................................................. 21 苏州科技大学科生毕业设计（论文）

1

一 绪论

1.1 前言

随着染料产业方面的迅速发展，工业染料所产生的废水对自然环境造成的污染已成为人们必须解决的严峻问题。废水中的污染物由于物质结构复杂，性质稳定，难以进行很好的降解。亚甲基蓝是一种应用广泛的工业染料，且传统的降解处理方式难以对亚甲基蓝产生足够的降解效果。亚甲基蓝造成污染危害巨大，治理难度高。

工业上去除有机类工业污染废水的方法十分多样，最先提出的物理方法并不是有效的污水处理方法，因为他们仅仅将有机污染物从水体中转移到其他物体中，而不能做到完全降解有机污染物，而且有些方法还会产生二次水体的污染。生物处理的方法虽然可以破坏，降解有机物染污，但是其降解周期长，难以降解结构复杂的污染物，且污水处理池占地面积大，限制了在工业上的应用。因此，化学法应运而生。化学法因可以氧化，降解水中的有机污染物而收到了广泛的关注，但是一些常用的氧化剂（H2O2 KMnO4）价格昂贵，而且还不能循环使用，因而无法广泛使用。

光催化降解法是一类新型的且优点诸多的污水处理工艺，已经历了了几十年的发展。一些文献中，对亚甲基蓝的光催化降解进行了一系列细致且全面的研究，发现二氧化钛于光催化的实验条件下对亚甲基蓝的分解有很好的效果。光催化降解可以破坏其分子结构，其反应过程只需光能和催化剂，成本低，操作简单，降解能力强，条件温和，无污染等特点。在含有亚甲基蓝的一些污水或污染物降解方面具有十分巨大的优点和实际应用方面的利用价值。二氧化钛（TiO2），白色固体或粉末状的氧化物，分子量为79.87，同时还是一种白色无机染料，同时其还拥有无毒、不透明、最佳的白度和光亮度的特性，是世界上性能最好的白色颜料之一[12]。

学者自发现半导体TiO2电极光电催化来进行分解水的研究以来，TiO2作为一种解决环境方面的问题的污水处理催化剂已经引起人们的大量关注以及报道。二氧化钛在水体中的各类型污染物，例如染料，农药，表面活性剂和有机氯有机化合物的催化降解方面已有大量的报告[7]。