下载文档原格式
活性炭负载的TiO2 对蔬菜中残留乐果的光催化降解作用引言随着现代农业的发展，农药在农业生产中发挥着不可或缺的作用，它可以有效地控制作物的病虫害，提高作物产量和质量。
农药残留问题也日益引起人们的关注。
乐果（一种广泛使用的杀虫剂）是一种有机磷类农药，它在农业生产中得到了广泛的应用。
乐果残留对人体健康和环境造成了潜在的风险，特别是在蔬菜中的残留乐果问题更是让人担忧。
研究如何有效地降解蔬菜中的乐果残留，成为了当前研究的热点之一。
光催化技术因其高效、无二次污染等优点，成为了降解有机污染物的研究热点。
TiO2是一种广泛应用的光催化剂，具有良好的稳定性和光催化活性。
TiO2的光催化活性受到了一定的限制，主要表现为光照条件的限制和快速的复合过程。
为了克服这些问题，研究者们开始利用活性炭来改善TiO2的光催化性能。
活性炭具有良好的吸附性能和高比表面积，可以增加TiO2的光催化反应界面，并提高光生电子和空穴对的分离效率，从而提高光催化降解的效率。
本文旨在研究活性炭负载的TiO2对蔬菜中残留乐果的光催化降解作用，并探讨其影响因素，为降解蔬菜中有机磷类农药残留提供理论和实践指导。
实验部分1. 实验材料及仪器实验所用的材料包括图纳粉状TiO2（质量分数为98%），活性炭（质量分数为95%），乐果标准品，以及新鲜的蔬菜样品。
实验所用的仪器包括紫外-可见分光光度计、高效液相色谱仪、扫描电子显微镜等。
2. 实验步骤（1）制备活性炭负载的TiO2光催化剂取一定质量的TiO2和活性炭，将它们混合均匀，并将混合物加入高温炉中进行煅烧，最终得到活性炭负载的TiO2光催化剂。
（2）光催化降解蔬菜中的乐果残留将新鲜的蔬菜样品切成小块，然后将其置于含有活性炭负载的TiO2光催化剂的溶液中，并进行紫外光照射。
在反应过程中，取样分析其残留乐果的降解情况。
3. 实验结果及分析经过一定时间的光催化反应，实验结果表明，活性炭负载的TiO2对蔬菜中的乐果残留具有明显的光催化降解作用。
活性炭负载金属催化剂的研究进展华鹏飞;蒋雨涛;陶雪芬【摘要】活性炭作为一种优良的催化剂载体被广泛应用于催化领域，其经酸碱预处理或氧化预处理后表面可负载一种或多种金属催化剂，是优化各种金属催化剂性能的有效方法之一。
为给今后活性炭载体催化剂的研发提供一些参考和方向，从单一金属催化剂负载和复合金属催化剂负载的制备、催化活性及应用着手，对近年来新制备的活性炭负载金属催化剂进行综述。
%Activated carbon as an excellent catalyst carrier is widely used in catalyst industry. After the pre-treatment of alkali or oxidation, it can load one or multiple metal catalysts to optimize the performance of various metals. In this paper, research progress of carbon support single-metal and multi-metal catalysts was discussed from the aspects of preparation methods, catalytic activities and application.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2016(045)009【总页数】3页(P2214-2216)【关键词】活性炭;有效负载;单一金属催化剂;复合金属催化剂【作者】华鹏飞;蒋雨涛;陶雪芬【作者单位】台州职业技术学院，浙江台州 310008;台州职业技术学院，浙江台州 310008;台州职业技术学院，浙江台州 310008【正文语种】中文【中图分类】TQ424活性炭是一种具有极丰富孔隙构造和高比表面积的多孔状炭化物，能够被动吸附一些污染物到自己的孔隙中，是目前使用最为广泛的吸附剂。
吸附剂负载TiO2光催化研究进展1刘正锋，刘守新*，李晓辉，王海亮，李密东北林业大学生物质材料教育部重点实验室，哈尔滨 (150040)E-mail：zhengfengliu81@摘要：TiO2光催化在废水处理、空气净化等环保领域展示出诱人前景。
纳米TiO2光催化剂的负载化是实现其产业化的关键步骤之一。
多孔吸附剂与纳米TiO2复合可为其提供高浓度污染环境，提高TiO2分散度，解决催化剂分离难题，是光催化领域的研究热点之一。
本文对近年来国内外多孔吸附剂与纳米TiO2复合的发展情况进行了综合评述。
着重介绍了负载型TiO2光催化剂的固定化方法、多孔吸附剂类型以及负载对光催化活性的影响机理。
关键词：TiO2，吸附剂，光催化，负载，机理中图分类号：X-11.引言纳米TiO2光催化氧化技术以其反应条件温和、深度氧化以及可利用太阳光能等优点而在环境污染深度净化领域展示出良好应用前景 [1]。
光催化氧化的重要步骤之一即污染物分子与催化剂TiO2分子碰撞，并在催化剂表面富集。
TiO2光催化剂的比表面积有限，对污染物的吸附性差。
在光催化降解低浓度的有机物时，导致催化效率低。
另外，光催化过程中纳米粉末状催化剂分的离较为困难，从而大大限制了其在实际污染净化中的应用[2]。
近年来，针对上述缺点，人们在吸附剂负载型复合TiO2光催化材料方面开展了大量工作。
多孔吸附剂作为纳米TiO2光催化剂的载体可增加其对反应物的吸附，提高TiO2的光催化活性[3-5]。
一些多孔吸附剂载体可同TiO发生相互作用，加速电子-空穴对的分离[6-8]。
本文对近2年来国内外多孔吸附剂与纳米TiO2复合的发展情况进行了综合评述。
着重介绍了负载型TiO2光催化剂的固定化方法、多孔吸附剂类型以及负载对光催化活性的影响机理。
2. 吸附对TiO2光催化活性的影响TiO2光催化能力来源于TiO2表面的光生电子和空穴，由于光生电子和空穴的复合在ns 到ps的时间内就可以发生，从动力学观点看，只有在有关的电子受体或电子供体预先吸附在催化剂表面时，界面电荷的传递和被俘获才具有竞争性。
活性炭负载纳米TiO2光催化剂的研究进展耿万禄;钟永科;牟青松;李幻;蒋思思【摘要】介绍了近年来活性炭负载纳米二氧化钛光催化剂的制备、动力学、活性改性以及应用等方面的研究进展.【期刊名称】《遵义师范学院学报》【年(卷),期】2011(013)003【总页数】3页(P66-68)【关键词】活性炭：纳米二氧化钛;光催化;研究进展【作者】耿万禄;钟永科;牟青松;李幻;蒋思思【作者单位】遵义市环境保护监测中心站,贵州遵义563001;遵义医学院药学院,贵州遵义563003;遵义师范学院化学系,贵州遵义563002;遵义医学院药学院,贵州遵义563003;遵义医学院药学院,贵州遵义563003【正文语种】中文【中图分类】TB383如何有效而便利地去除水体、空气中危害环境、人类健康的污染物、细菌和病毒等,一直是人们希望实现的。
纳米TiO2仅利用光照即可催化杀菌灭毒、降解污物,具有良好的化学稳定性、无毒、催化活性高、无二次污染、对大多数污染物都有较高光催化活性且可彻底矿化等优点,是目前公认的最佳的光催化剂,目前热点研究之一。
然而,由于TiO2颗粒太小,在应用中回收困难,影响其进一步的应用,因此,近年来大量研究都利用载体负载纳米TiO2。
活性炭(AC) 具有发达的孔结构和较高的比表面,广泛应用作催化剂载体,以活性炭为纳米TiO2的载体时,活性炭还具有光催化协同效应,因此,以活性炭负载纳米TiO2(制备成TiO2/AC光催化剂)的研究受到了广泛的关注[1]。
本文介绍近年来活性炭负载纳米二氧化钛光催化剂的制备、动力学、改性以及应用等方面的研究进展。
1 制备研究如何方便制备催化活性高、稳定而便宜的催化剂,仍是目前研究的一个重要内容。
目前,将纳米TiO2负载到活性炭上的方法已有浸渍法、溶胶凝胶法、微乳液法、化学气象沉积法、直接水解法等[1-4]。
颗粒活性炭和活性炭纤维是常见的载体[5]。
近年来已开始不同炭材料为载体的制备研究。
除利用活性炭为载体外,胡晓洪等还利用石墨负载纳米TiO2。
结果表明,石墨负载的纳米TiO2也表现出较好的光催化活性,但与活性炭相比,活性相差一半左右[6]。
除直接使用活性炭为载体外,张彩云等还利用稻壳负载纳米TiO2,然后经化学活化为活性炭载纳米TiO2光催化剂,他们以钛酸四丁酯为钛源,采用溶胶-凝胶法将TiO2前驱体负载于稻壳表面,进一步以该复合物为原料,经炭化和KOH化学活化制得具有可见光激发活性的活性炭负载TiO2/SiO2光催化剂,结果表明,当钛源加入量为2.0mL,煅烧温度为500℃时所得TiO2/SiO2/AC的光催化剂对亚甲基蓝降解率最高,该催化剂为锐钛矿相结构,TiO与AC之间存在协同作用[7]。
除常见条件的负载外,探讨温和条件下制备光催化剂也是近来研究的内容。
采用溶胶－凝胶法,Liu等在100℃下使用微波辅助成功将纳米TiO2负载到活性炭表面,得到了催化活性比商业P-25高得多的光催化剂[8],Ao等也在相似的条件下制得了活性炭载纳米TiO光催化剂[9]。
如果采用细粉体活性炭负载纳米TiO2,光催化剂仍然较难回收。
翟春阳等采用溶胶－凝胶法制备了易于固液分离的磁性光催化剂(TiO2-FeO/AC),通过在紫外光照射下降解亚甲基蓝评价其光催化降解能力,试验了不同Fe3O4比例负载的光催化活性。
结果表明:负载22%Fe3O4的光催化剂(20%TiO2和58%AC)的光催化活性最强(亚甲基蓝的降解率达到87%,是纯TiO的2.7倍),磁性光催化剂可实现磁分离回收[10]。
2 动力学研究目前,光催化剂TiO2/AC催化降解包括气体、液体两个状态下的物质的结果都表明,其动力学多数符合Langmuir-Hinshelwood(L-H)模型；反应的级数受光强度的影响,光强较小时,反应为准一级或一级；光催化降解速率随光强的增大而增大[11-16]。
如张建臣等利用二氧化钛与活性炭共水热处理,制备了TiO2/AC复合催化剂,采用空气净化评价装置对其催化降解低浓度气体污染物丁醛的性能进行了模拟评价实验,利用Langmuir－Hindshelwood方程等推导了循环反应系统气体污染物降解的瞬态模型。
结果表明,其动力学模型所得数据与丁醛的模拟评价实验结果基本相符。
在反应条件方面,Li等利用活性炭对2,4-二苯酚进行光降解,结果表明去除率随催化剂的增加而增加,且在中性条件下最好,但随2,4-二苯酚初始浓度的增加而降低[12]。
活性炭负载的纳米TiO2光催化剂对细菌的灭活作用,表现出准一级动力学行为。
Li 等以溶胶－凝胶法制备的光催化剂对大肠杆菌进行了灭活试验,考察了溶液pH、温度、灯光强度等对细菌灭活的影响。
结果表明,活性炭载纳米TiO2光催化剂比粉体纳米TiO2的灭活能力强,光催化灭活的动力学为准一级,在47%纳米TiO2的负载量时有最高的速率,溶液pH、温度、灯光强度等对细菌灭活影响大,细菌的灭活来源于细菌外层的分解而不是整体的分解[15]。
3 催化剂的参杂改性由于纯晶相TiO2的能隙是3.2eV,只能利用紫外光为光催化激发源,而自然光大部分为可见光,因此,提高光催化活性和光源的利用率,如利用可见光的激发进行光催化,是目前纳米TiO2研究的一个重要内容。
甘礼华等通过浸渍法将铁掺入TiO2溶胶,然后负载到活性炭上制备掺铁TiO2/AC光催化剂材料,对其结构特征、吸附特性、可见光光催化活性和再生性能进行研究,结果表明,掺铁TiO2/AC 催化剂具有较大的比表面积,对有机污染物具有优越的吸附性能,而其比表面积则随着TiO2质量比的增大而逐渐减小。
在可见光下,催化剂由于Fe3＋被引入到TiO2中,对亚甲基蓝溶液具有较高的光催化活性,其中经过500℃热处理,载钛量为5%(质量分数)的光催化剂光催化活性最佳,他们的结果还表明光催化剂具有优越的再生性能,经再生处理可多次重复使用[17]。
项兆邦等采用浸涂-烧法制备了活性炭纤维负载的纳米La-S/TiO2光催化剂。
结果表明:在>400nm 的可见光光照下,催化剂对苯酚溶液具有较强的降解能力,苯酚的降解是在自由基的作用下进行的,经历了先形成不稳定的活性中间体,然后直接开环降解成脂肪酸等低分子量的化合物,接着被深度氧化的过程[18]。
此外,参氮是近年出现的方法[19-21]。
Liu等在氨气气氛下晶化TiO2前驱体制备了氮参杂的TiO2-xNy/AC光催化剂,结果表明:TiO2-xNy/AC光催化剂在可见(500-560nm)和紫外光激发下对苯酚都有很好的降解活性,其中以500℃条件下晶化4小时的活性最好[19]。
4 应用研究纳米TiO2利用在光照下激发产生的空隙－电子或羟基自由基等降解和矿化污染物,因此可以广泛地降解和矿化污染物。
同理,也用于细菌、病毒等的杀灭。
其优点在于清洁,避免了加入其它氧化试剂可能引起的二次污染。
4.1 降解有机污染物光催化降解有机污染物是最受关注的应用,降解污染物有气体和溶液组分。
甲醛是家庭装中最常见的污染物。
孙和芳等研究了TiO2/AC光催化剂对空气中甲醛光催化降解的效果,通过考察光照时间、TiO2负载量、空气流量对甲醛光催化降解效率的影响,结果发现:在活性炭表面负载TiO2后,对甲醛仍具有很强的吸附能力；光催化剂在空气中对甲醛的光催化降解效率可达94%；吸附甲醛后,稳定状态下甲醛光催化降解效率和新制备催化剂基本相同；在保证每次镀膜厚度达到300nm的条件下,一次镀膜光催化效率高于多次镀膜；随着空气流量的增加,甲醛光催化降解效率有所提高[22]。
于竹芹等使用活性炭纤维负载纳米TiO2对甲醛的光催化发现,催化环境的湿度对光催化反应影响大:当湿度小于40%时,随着湿度的增加,甲醛去除率增大,但当湿度继续增加时,光催化反应速率反而降低,说明了湿度对光催化反应的影响存在最佳范围[23]。
黄雯等使用溶胶-凝胶法制备的活性炭载TiO2光催化剂降解甲苯,发现降解效率最高达到80%,其去除量先随负荷增加而上升,以后随负荷的进一步增加,甲苯的光催化去除量反而下降。
微波辐照是实现催化剂再生的最为理想的方法[24]。
近年来国内报道的溶液中利用TiO2/AC光催化剂催化降解的污染物多样,主要是苯酚[25,26]、焦化废水[27]、晚期垃圾渗滤液[28]等。
赵清华等采用掺稀土的TiO2/AC 光催化剂催化降解焦化废水,结果表现出良好的协同效应。
可以将初始COD为385mg/L、pH为9.82的焦化废水,在气体流量为0.5L/h、催化剂质量浓度4g／L时,光催化处理90min后,COD去除率可达89%。
此外,在降解较为惰性的化合物方面也有应用,如Ravichandran等就发现TiO2/AC光催化剂对五氟苯甲酸有较好的脱氟作用[29]。
4.2 杀灭细菌和病毒TiO2光催化剂抗菌性能的研究及耐久性实验表明,TiO2对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、霉菌等常见菌种及病毒具有良好而持久的抗菌效果和杀灭作用[30-32]。
与降解污染物一样,纳米TiO光催化剂依靠2空隙－电子或产生的羟基自由基等抗菌剂,对细菌和病毒的杀灭广泛,同时还不产生二次污染。
李佑稷等[33]以大肠杆菌(EscherichiacoliJM109)为TiO2/AC的光催化灭活对象。
结果表明:吸附在TiO2/AC的大肠杆菌数比吸附在活性炭和TiO2都多。
TiO2／AC对E.coli光催化灭活率比TiO2粉末和P-25高,制备材料的热处理温度500℃和光催化反应中光强40W都分别使TiO2/AC的光催化活性达到最大,在光催化灭活E.coli过程中,KH2PO4使催化剂活性降低程度比NaHCO3大,而两者使TiO2／AC催化活性降低程度比TiO2小,但NaHCO3对催化活性的影响是可逆的。
5 结语TiO2/AC 是具有广泛作用的光催化剂,具有广泛的应用前景。
随着研究的深入,尤其是对其活性和光利用率的提高,可以预见其在污染物处理、杀菌灭毒等方面将有广阔的应用。
参考文献:[1] HUANGZheng-hong,XUDe-ping,KANGFei-yu.Recent develo pmentsin thepre paration andofaC/TiO2composite photocatalyst[J].New Carbon Materials,2004,19(3):229-237.[2] 王晓静,胡中华,陈玉娟,等.以偏钛酸为原料制备高效负载型纳米TiO2/活性炭光催化剂[J].化学学报,2008,(22):2445-2450.[3] MatosJ,LaineJ,HerrmannJM.Associ atio nofactivated carbon sofdiffe rentorigins with titania in the photocatalyticpurificationofwater[J].Carbon,1999,(37):1870-1872.[4] 谭树成,郑经堂.活性炭纤维负载TiO2光催化剂研究[J].炭素,2006,(3):15-18.[5] 胡晓洪,安太成,张茂林,等.不同炭材料负载纳米二氧化钛催化降解甲基橙的研究[J].中国陶瓷,2006,39(12):21-24.[6] 张彩云,张亚婷,杨志远,等.以稻壳-TiO2为原料化学活化制备TiO2/SiO2/AC光催化剂[J].应用化工,2009,38(7):977-980.[7] YaziLiu,ShaoguiYang,JunHong,etal.Low-temperature preparatio nandmi crowavep hotocatalyticactivitystudyof TiO2-mountedact ivatedcarbon[J].Journal of Hazardous Materials,2007,142(1-2):208-215.[8] YanhuiAo,JingjingXu,DegangFu,etal.Lowtem perature preparatio nofanataseTiO2-coatedactivatedcarbon[J].ColloidsandSurfacesA:Physicoche micaland Engineering Aspects,2008,312(2-3):125-130.[9] 翟春阳,周卫强,徐景坤,等.活性炭负载TiO2-Fe3O4磁性光催化剂的制备及性能[J].化学研究,2009,20(2):83-86.[10] KimS-H,HuuHaoNgo,ShonH.K,etal.Adsorption and photocataly siskinetics of herbicideonto titaniumoxideand powderedactivatedcarbon[J].Desalination,2008,225(1-3):329-340.[11] Seoung-HyunKim,HuuHaoNgo,H.K.Shon,etal.Adsorptio nandpho tocatalysiski neticsofherb icideonto titaniumo xidean dpowdered activatedc arbon[J].Separation and PuificationTechnology,2008,58(3):335-342.[12] 樊彩梅,梁镇海,闵延琴,等.浅池型TiO2/ACF光催化降解水中苯酚的研究[J].燃料化学学报,2003,31(5):504-508.[13] 张建臣,郭坤敏,马兰,等.TiO2/AC光催化剂上气体污染物降解的反应动力学模型[J].催化学报,2006,27(10):849-852.[14] YoujiLI,MingyuanMA,XiaohuWANG,etal.Inactivated propertiesofactivatedcarbon-supportedTiO2nanoparticles forbacteriaandkineticstudy[J].JournalofEnvironmentalSciences,2008,20(12):1527-1533.[15] 甘礼华,刘明贤,张霄英,等.掺铁TiO2-活性炭复合材料的制备及其光催化活性[J].同济大学学报(自然科学版),2009,36(4):538-542.[16] 项兆邦,夏慧丽.活性炭纤维负载纳米La-S/TiO2光催化降解苯酚的研究[J].环保科技,2008,14(4):1-7.[17] ShouxinLiu,XiaoyunChen.Characterization of Visible Light ResponseN-FCodopedTiO2Photocatalyst Prepared by Acid CatalyzedHydrolysis[J].Journal of Chemical Technolog yandBiotechnology,2007,(82):453-459.[18] 孙和芳,张国栋,郑光字.活性炭负载TiO2光催化降解甲醛[J].安徽工业大学学报,2007,24(1):39-42.[19] 于竹芹,李坚,金毓鲞.活性炭纤维负载TiO2光催化降解甲醛研究[J].工业催化,2008,16(7):71-74.[20] 黄雯,杨家宽,范双艳.活性炭负载TiO2的甲苯光催化降解性能研究[J].工业催化,2007,15(10):55-59.[21] 贾国正,张林生,王力友,等.活性炭纤维负载TiO2光催化降解苯酚[J].南京师范大学学报(工程技术版),2007,7(2):41-44.[22] 赵清华,叶长英,全学军.RE-TiO2/PAC协同光催化处理焦化废水[J].工业水处理,2009,29(6):15-19.[23] 吴迪,王翰林,宁桂兴,等.O3-H2O2与活性炭负载TiO2预处理晚期垃圾渗滤液[J].水处理技术,2009,35(10):65-68.[24] 张连忠,孙涛,琚行松.TiO2复合抗菌材料抗菌性能的研究[J].现代预防医学,2008,35(21):4208-4209.[26] 王韵芳,樊彩梅.活性炭负载TiO2的制备及其杀菌性能研究[J].山西化工,2008,28(2):1-3.[27] 李佑稷,李效东,李君文,尹静.负载型TiO2/活性炭光催化灭活大肠杆菌(E.coli)的研究[J].环境污染治理技术与设备,2005,6(12):37-41.。
