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Fe_TiO_2_膨润土对甲基橙染料废水光催化降解性能研究

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60.63 >80 >10 9.3 284 68.80 2.46 3.30 33.93 22.22
PHS1.2 实验仪器 高速万能粉碎机 FW100 型， 3B 精密 pH 计， 电子分析天平， HZS-H 水浴振荡器， 722 紫外分光光度计 （上海精密仪器科学有限公司） ， 低速自动平衡微型离心机、 101AS-2 电热恒温鼓风 干燥箱， SGY-1 型多功能光化学反应仪。 1.3 Fe-TiO2/膨润土复合光催化剂的制备 1.3.1 钠化膨润土制备： 将膨润土原矿粉制成 10% 的料浆， 搅拌 0.5h， 静置沉降 1h， 用倾泻法分离出浆 液后离心处理以进一步去除沙石， 将离心液絮凝分 出部分清水， 抽滤， 于 100℃下烘干。将上述提纯土 制成 10% 的悬浮液， 加入 8% 氯化钠 （与膨润土的用 量相比） ， 80℃下反应 3h， 抽滤， 于 100℃下烘干。 1.3.2 Fe-TiO2/ 膨 润 土 复 合 光 催 化 剂 的 制 备： 取 24.0ml 钛 酸 正 四 丁 酯 和 6.7ml 三 乙 醇 胺 溶 解 到 80.0ml 无水乙醇中， 搅拌 10min， 然后滴加 15ml 硫 酸铁溶液与 10ml 无水乙醇溶液的混合液， 搅拌均匀 后， 微波辐射 7min， 得到透明溶胶。再将 10g 钠化 膨润土加入其中， 搅拌一定时间至形成凝胶， 将凝胶 微波辐射 4min 后， 于 550 ℃焙烧 2h， 即得 Fe-TiO2/ 膨润土复合光催化剂。 1.4 光催化降解实验 取一定量光催化剂与 200ml 一定浓度的甲基橙废水混合后加入光催化反应仪 中， 通入空气流量为 2L/min， 以 300W 的高压泵灯照 射， 并定时取样分析。在 450nm 处用 722 型紫外分 光光度计测定吸光度， 由 η=(A0-A)/A0×100% 计算染 料降解率， 式中 A0 及 A 分别为甲基橙废水处理前、 后的吸光度。 2 结果与讨论 2.1 对照实验 不同催化剂条件下甲基橙的光催 化降解率， 见图 1。由图 1 可知， 不加催化剂或无光 照时以 Fe-TiO2/ 膨润土为催化剂条件下甲基橙的降 解率都很低， 说明光照及催化作用是甲基橙降解的 必要条件。而在紫外光照射下， 以 Fe-TiO2/ 膨润土
图2 Fe3+离子掺杂浓度对降解率的影响 掺杂于 Fe-TiO2/ 膨润土光催化剂中的铁离子作 为电子的有效接受体， 能有效减少 TiO2 表面电子 空穴对的复合， 因而可提高光催化活性。但当掺杂 的 Fe3+ 离子浓度过高时， 将形成较多的还原物种 Fe2+， 高浓度的 Fe2+ 对紫外光的滤光效应， 削弱了入 射光在光催化剂表面的实际入射强度， 从而降低了 光催化的活性； 此外， 金属离子以氢氧化物形式沉积 到催化剂表面也可能会降低体系的光催化活性。因 此 Fe3+ 离子掺杂浓度有一最佳值。 2.3 催化剂用量对甲基橙降解率的影响 取 5 份 200ml， 20mg/L 甲 基 橙 溶 液， 调 节 pH 值 为 4.21， 分 别加入不同量的催化剂进行降解试验， 结果见图 3。
图3 光催化剂用量对甲基橙降解率的影响 由图 3 可见， 当催化剂用量小于 2.5g/L 时， 降 解率随用量的增加而增大， 当用量为 2.5g/L 时， 降 解率达最大值 96.28%， 此后进一步增加催化剂的用 量， 降解率反而下降。这是因为催化剂量少时， 光量 子的利用率较低， 形成的电子 - 空穴对少， 催化剂活 性中心数量少， 因而光催化剂的催化降解效率较低； 催化剂浓度的适当增加可提高光量子的利用率， 增
3+ [1~3]
化剂的报道还不多。 膨润土是天然的层状硅酸盐粘土矿物， 具有较 大比表面积、 良好吸附性能和层间阳离子可交换性 能， 是较好的催化剂载体。作者以储量丰富、 价格 低廉的广西宁明膨润土为载体， 在微波辐射下采用 溶胶－凝胶法制备了 Fe-TiO2/ 膨润土负载型光催化 剂， 研究了该催化剂对甲基橙染料废水的光催化降 解性能， 考察了影响光催化降解性能的因素， 并深入 研究了催化剂的活性稳定性及降解反应的动力学方 程， 对提高天然矿物的综合利用价值， 推动广西优势 矿产资源的开发具有一定的实际意义。 1 实验部分 1.1 原料与主要试剂 原料： 膨润土原矿取自广西宁明， 其主要化学 成分 (wt%) 为： SiO2， 64.53； Al2O3， 17.86； TiO2， 0.38； Fe2O3， 3.23； CaO， 1.69； MgO， 3.05； K2O， 1.17； Na2O， 1.27。其物理化学性能见表 1。 主要试剂： 钛酸丁酯 （成都市科龙化工试剂厂） ； 甲基橙 （AR， 天津市胜利化工厂） ； 硫酸铁 （AR， 天津 市福晨化学试剂厂） 。
Jiang Yuexiu Xu Huijuan Yao Zhonglin Gao Nengju Wei Limei Tong Zhangfa (College of Chemistry and Chemical Enginerring, Guangxi University, Nanning 530004) Abstract With the Bentonite from Ningmin of Guangxi as the carrier, the Fe(Ⅲ) doping TiO2 photocatalyst——Fe-TiO2/bentonite composite was prepared by sol-gel technique under microwave irradiation. The effect of solution pH value, the amount of photocatalyst, doping content of Fe and the initial concentration of methyl orange on photocatalytic degradation of methyl orange on composite were studied. The results show that when solution pH value is 4.21, the amount of Fe-TiO2/bentonite is 2.5g/L, doping content of Fe is 0.2%, the initial concentration of methyl orange is 20mg/L ,illumination time is 60min, the degradation rate of methyl orange solution can reached to 96.13%. The reaction of photocatalysis for methyl orange can be expressed as first-order kinetic mode within the concentration range of methyl orange between 20mg/L and 50 mg/L. The Fe-TiO2/bentonite has a potential application in dye waster treatment for its high photocatalytic activity stability. Key words photocatalysis methyl orange Fe(Ⅲ) doping titania/bentonite
图1
甲基橙的光催化降解率
加反应活性中心的数量， 从而提高降解效率。但当 催化剂浓度达到一定值时， 光子量的利用率达最大
- 52 -
1- 无催化剂； 2- Fe-TiO2/ 膨润土 （无光照） ； 3-Fe-TiO2； 4-Fe-TiO2/ 膨润土
第 月
为催化剂时甲基橙的降解率 （96.13%） 比以 Fe-TiO2 为催化剂时 （73.29%） 高， 表明 Fe-TiO2 负载于膨润 土后具有更高的催化活性。 2.2 掺杂浓度对甲基橙降解率的影响 不同 Fe3+ 离子浓度掺杂的 Fe-TiO2/ 膨润土复合光催化剂对甲 基橙降解率的影响， 见图 2。由图 2 可知， Fe3+ 离子 掺杂的复合光催化剂表现出很好的规律性。当掺杂 浓度小于 0.2% 时 （Fe 在 Fe-TiO2 中的摩尔分数） ， 光 催化剂的活性随着掺杂浓度的增大而增加， 当掺杂 浓度为 0.2% 时， 甲基橙降解率达最大值 96.13%， 此 后， 光催化剂的活性随着掺杂浓度的增大而下降。
染料废水由于排放量大， 成分复杂， 色度高， 毒 性大， 且难生化降解而成为工业废水治理中颇为棘 手的难题之一。采用的传统处理法， 不仅费用高， 且 处理效果差， 难达排放要求。作为一种高级氧化技 术， 光催化降解具有反应速度快、 降解效率高、 操作 简单及无二次污染等优点， 为染料废水的处理开辟 了新途径。其中 TiO2 以其化学性质稳定、 无毒和成 本低等优点， 被认为是最具潜在应用价值的光催化 材料。但由于 TiO2 带隙较宽， 光生电子 - 空穴对的 复合几率高， 且 TiO2 粉末不易分离回收， 其应用范 围受到限制。近年的研究表明， 通过掺杂过渡金属 或稀土对 TiO2 进行改性可增强光催化活性
第31卷第3期 2008年5月
Non-Metallic Mines
非金属矿
Vol.31 No.3 May, 2008
Fe-TiO2/膨润土对甲基橙染料废水光催化降解性能研究
蒋月秀 徐慧娟 姚宗林 高能菊 韦丽梅 童张法
（广西大学 化学化工学院，广西 南宁 530004）
采用溶胶 - 凝胶法及微波辐射下制备了掺铁 TiO2 负载型光催化剂—— Fe-TiO2/ 膨润土复合材料， 研 摘 要 以广西宁明膨润土为载体， 究了废水的 pH 值、 催化剂用量、 Fe 的掺杂浓度及废水初始浓度等因素对复合材料光催化降解甲基橙染料废水的影响。结果表明， 当 pH=4.21、 催化剂用量为 2.5g/L、 Fe 的掺杂浓度为 0.2%、 废水初始浓度为 20mg/L、 光照时间为 60min 时， 甲基橙降解率可达 96.13%； 在实验浓度范围内， 该光催化反应可用一级反应动力学方程描述， 且 Fe-TiO2/ 膨润土催化剂具有较高的活性稳定性， 因而具有较好的应用前景。

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氮掺杂TiO2光催化降解甲基橙染料废水的试验研究

氮掺杂TiO2光催化降解甲基橙染料废水的试验研究

氮掺杂TiO2光催化降解甲基橙染料废水的试验研究夏　勇1,2,鲁立强1,2,沈　翔1,2(1.中国地质大学教育部纳米矿物材料及应用工程研究中心,武汉430074;2.中国地质大学材料科学与化学工程学院,武汉430074)摘　要:采用溶胶2凝胶法以尿素为氮源制备了氮掺杂锐钛矿型纳米TiO2光催化剂(TEM像图显示制备的样品的平均粒径在20nm左右,UV2vis漫反射分析表明氮掺杂使催化剂的吸收带边红移至550nm的可见光区域),以氙灯为辐照光源,用自制光催化反应器降解甲基橙染料溶液,研究了催化剂用量、染料初始浓度和环境p H值变化对甲基橙降解率的影响,同时考察了催化剂在太阳光下的光催化活性,结果表明:当催化剂用量为2g/L、溶液p H 值为2.74时,初始浓度为10mg/L的甲基橙在氙灯光照45min后降解率达100%;自然光照120min后降解率为95.4%。

关键词:氮掺杂TiO2;光催化;甲基橙染料废水;降解率中图分类号:X703.1 文献标识码:A 文章编号:167121556(2010)022*******Photocatalytic Degradation of Methyl OrangeW aste w ater with Nitrogen2doped TiO2XIA Y ong1,2,L U Li2qiang1,2,SH EN Xiang1,2(1.Engineering Research Center of N ano2geomaterials of Ministry of Education,China University of Geosciences,W uhan430074,China;2.College of M aterial Science&Chemical Engineering,China University of Geosciences,W uhan430074,China)Abstract:The N2doped TiO2p hotocatalyst s were p repared by t he sol2gel met hod wit h urea as t he nit rogen source.The TEM analysis shows t hat t he average grain size of N/TiO2is about20nm.The UV-vis diff use reflectance spect rum indicates t hat t he absorption edge of N/TiO2shift s to550nm.The degradation of met hyl orange(MO)was investigated in a self2made p hotoreactor wit h Xenon lamp as t he irradiation source.The effect of t he initial concent ration of MO,catalyst dosage and p H value on MO degradation was st udied.The catalytic activities of p hotocatalyst s under sunlight irradiation were also investigated.In t he condition of TiO2dosage of2g/L and p H of2.74,t he MO aqueous solution wit h initial concent ration of10 mg/L reaches a degradation efficiency of100%,wit h Xenon2light irradiation for45minutes.The degrada2 tion efficiency of sunlight irradiation is95.4%for120minutes.K ey w ords:nit rogen2doped TiO2;p hotocatalysis;met hyl orange wastewater;degradation efficiency0　引　言我国染料工业具有小批量、多品种的特点,废水间断性排放、水质水量变化范围大,废水组分复杂、毒性大、浓度较高,废水中的有机组分大多以芳烃及杂环化合物为母体,并带有显色基团(如2N=N2、2N=O)及极性基团(如2SO3Na、2O H、2N H2),严重危害着生态环境。

TiO2光催化氧化降解甲基橙的研究进展

TiO2光催化氧化降解甲基橙的研究进展

TiO2光催化氧化降解甲基橙的研究进展[摘要] 水污染问题尤其是高毒性难降解的染料废水污染问题已经成为人们关注的热点。

水溶性偶氮染料是印染业污染治理的主要对象,该类物质不仅色度高,而且难以降解。

甲基橙是典型的偶氮染料,本文主要就以TiO2光催化降解甲基橙的研究现状进行了综述。

[关键词]TiO2甲基橙光催化氧化[Abstract] The problem of water polution especially the dye wastewater with high toxic and difficult degradation is attracting more and more attentions.Water-solube azo dyes not only with high chroma but degradate very difficultly ,which has became the main project of deal polution in dying industry.MO is the typical azo dye.In this paper,the present research about photocatalytic degradation MO with TiO2 are reviewed.[Keywords] TiO2Methyl Orangephotocatalytic oxidation染料废水主要来源于染料及染料中间体生产行业,是由各种产品和中间体结晶母液、生产过程中流失的物料及冲刷地面的污水等组成[1]。

染料废水具有成分复杂、色度高、排放量高、毒性大、可生化性差的特点。

偶氮染料是印染行业中最常用的染料之一,占染料总使用量的50%左右[2],具有很大的生物毒性,严重污染了环境,因此染料废水一直是废水处理中的难题。

甲基橙是典型的偶氮染料,其水溶液具有染料废水的典型特征,不仅色度高,而且难以降解,故实验室常用甲基橙作为模型反应物研究如何有效的进行废水处理。

TiO2对甲基橙的光催化降解的研究

TiO2对甲基橙的光催化降解的研究

TiO2对甲基橙的光催化降解的研究摘要：本文主要先是关于现在的对TiO2光催化降解甲基橙的研究进展和现状。

进而仔细研究TiO2光催化降解甲基橙的降解机理和其实际运用意义。

然后通过6组实验了解影响TiO2光催化降解的因素，并且通过对各种因素的实验来得到最佳的实验效果。

如TiO2的最佳投加量是0.8g/l。

PH值在3的时候甲基橙变红色，也是光催化降解效率最大的时候，但是我们综合考虑还是选择不调节PH,甲基橙溶液的PH值为5.17，其降解效果和PH=3时的降解效率相差不大。

也研究得出双氧水的最佳掺和比例是 1.5/100。

同时探讨了光照强弱对实验的影响，光强越大，其降解效率就越高。

还在上述确定的最优条件下，来外加电源电压进行光电流测试，得到的结果是光电流对该光催化反应的促进作用几乎可以忽略不计。

然后进行研究甲基橙初始浓度的影响，在一定范围内随着初始浓度增加，降解效率降低。

从而得到最优的降解配方，然后对甲基橙，罗丹明B，金橙2，亚甲基蓝这四种染料进行降解，发现这四种染料都在一定程度上降解，说明这个降解配方的通用性。

关键词：TiO2；甲基橙；降解机理；光催化降解；影响因素Study on the degradation of methyl orange by TiO2 photocatalyticAbstract:In this paper, first research on the progress and present situation of photocatalytic degradation of methyl orange by TiO2. And then carefully study the degradation mechanism of TiO2 photocatalytic degradation of methyl orange and its practical significance.Then understand the influence factors of TiO2 photocatalytic degradation through 6 groups of experiments , and to get the best result through a variety of experimental factors.Such as the optimum dosage of TiO2 is 0.8g/l.The methyl orange become red at ph=3 when the photocatalytic degradation efficiency become to the largest , but we chose not to adjust the PH, because methyl orange solution pH is 5.17,and the degradation efficiency at that PH had little difference with the degradation efficiency at PH=3.Also studied the best optimum blending ratio of hydrogen peroxide is 1.5/100.At the same time to investigate the effects of light intensity,we can see the intensity get greater, the degradation efficiency is higher.The optimal conditions were determined, and carry on the light current test under applied voltage, the result is the promote the role of the light current to photocatalytic reactionis almost negligible.Then the influence of initial concentration of methyl orange, in a certain range with the increase of the initial concentration, the degradation efficiency decreased.so we get the optimal formula for degradation of methyl orange, then have degradation of Luo Danming B, 2 golden orange, methylene blue four dye , found that four kinds of dyes were degraded to a certain extent, which prove that this optimal formula for degradation is universal.Keywords: TiO2; methyl orange; degradation mechanism; photocatalytic degradation; influence factor1 引言1.1 研究背景和意义众所周知，我们的纺织印染业很发达，也可以说是我国是纺织印染的第一大国,在全国各地都有很多纺织印染城，比如浙江绍兴柯桥有个国际轻纺城，还有温州那一块是皮革印染业很发达，毋庸置疑，纺织印染作为第二产业里对整个城市的经济发展具有很大的推动力，然而纺织印染行业同时也排放了相当多的工业废水,约占整个工业废水排放量的10％。

环境工程毕业论文--改性纳米TiO2光催化降解甲基橙的研究

环境工程毕业论文--改性纳米TiO2光催化降解甲基橙的研究

摘要当今全球范围内都不同程度地出现了环境污染问题, 探索和研究经济有效的消除环境污染物的新技术和新方法具有重要的意义。

二氧化钛光催化作为一种先进的氧化技光催化剂有其自身的缺陷：量子术,在环境领域具有十分广阔的应用前景。

然而，TiO2产率低和太阳能利用率低。

研究表明，在TiO2中掺杂金属离子，不仅能影响电子--空穴对的复合率，提高表面羟基位，改善光催化效率，还可能使TiO2的吸收波长范围扩大到可见光区域，增加对太阳能的转化和利用。

但金属沉积量过大会使TiO2光催化性能下降。

此外，超声可以有效改善粒子的结构，提高其光催化性能。

本文针对不同金属（Ho、Gd、Zr、Ag）的不同含量（0.5%、1%、2%、3%、4%）进行掺杂改性超声制备，研究其对TiO的光2催化活性的改变。

首先,本文将概述TiO2的制备方法,光催化氧化的机理及应用,并且通过国内外对TiO2研究进展,阐述研究金属掺杂改性、超声浸渍制备TiO2的原因。

其次,本文将详细介绍制备纯TiO2和金属掺杂改性TiO2的超声制备溶胶－凝胶法。

再次，通过紫外光下样品的降解甲基橙实验，研究其光催化性能。

研究结果表明：溶胶－凝胶法成功制备TiO2，金属掺杂改性可以提高其光催化活性，并初步判断所选取金属元素的合适掺杂量。

关键词：TiO2,光催化活性,溶胶-凝胶，金属掺杂，超声AbstractNowadays,various degree of the problems of environmental pollution have been presenting in the global range. In order to eliminate environmental pollutants , it has significant meanings that effectively new technology methods are explored and studied Therefore, as an advanced photocatalysis technique, TiO2photocatalysis technique has an extremely wide application prospect in the domain of environment. However, TiO2has its own shortcomings : low quantum yield and low utilization of solar energy.Research shows that the TiO2-doped metal ions, can not only affect the electronic -- hole on the composite rate, improve surface hydroxyl groups and photocatalytic efficiency, but also result in the absorption wavelength range extended to the visible region and the increase of solar energy conversion and utilization. However excessive metal deposition will affect TiO2photocatalytic properties. Moreover, ultrasound can effectively improve the particle structure and enhance its photocatalytic properties. We study on TiO2,which is made by ultrasound ,photocatalytic activity changes on different metals (Ho, Gd, Zr, Ag) of different content (0.5%,1%,2%,3%.4%).First of all, this paper would summarize the making method of TiO2,the mechanism and the application of photocatalytic oxidation. Then it expounded the reason that researching metal-doped TiO2 made by ultrasound through the relative study internal and external.Secondly, this paper would particular introduce the Sol-Gel with ultrasound method to prepare pure TiO2 and metal-doped TiO2.Thirdly,this paper would study the photocatalytic activity through methyl orange degradation experiment by mercury lamp respectively.The results shows : sol-gel method is successful in the preparation of TiO2, and metal-doped can improve photocatalytic activity. At last, the appropriate metal doping can be judged and selected.Keywords :TiO2 , Photocatalytic activity, Sol-gel, Metal-doped, Ultrasound目录1.绪论 (1)1.1.纳米二氧化钛光催化概述 (1)1.1.1.纳米二氧化钛光催化机理及特性 (1)1.1.2.纳米二氧化钛光催化的应用 (3)1.2.影响纳米二氧化钛光催化活性的因素 (4)1.2.1.晶体结构的影响 (4)1.2.2.粒径的影响 (5)1.2.3.比表面积的影响 (6)1.2.4.表面羟基的影响 (6)1.2.5.载流子俘获剂的影响 (7)1.3.纳米二氧化钛的制备 (7)1.3.1.气相法制备纳米TiO2粉体 (7)1.3.2.液相法制备纳米TiO2粉体 (8)1.4.纳米T I O2的改性研究进展 (9)1.4.1.复合半导体 (9)1.4.2.贵金属沉积 (9)1.4.3.过渡金属离子掺杂 (10)1.4.4.稀土元素的掺杂 (11)1.4.5.非金属掺杂 (11)1.5.超声在制备纳米T I O2光催化剂方面的应用 (11)1.5.1.超声化学反应的基本原理——超声空化 (12)1.5.2.超声在TiO2基光催化剂制备中的应用 (12)1.6.课题研究的目的和意义 (14)2.纳米TIO2粉末的制备 (15)2.1.实验材料 (15)2.1.1.化学试剂 (15)2.1.2.实验仪器 (15)2.1.3.实验装置 (16)2.2.T I O2的制备方法 (17)2.2.1.溶胶-凝胶法制备TiO2原理 (17)2.2.2.制备步骤 (18)2.3.目标降解物的选择 (19)2.4.甲基橙的标准曲线 (21)2.5.T I O2光催化活性的评价 (21)2.6.空白实验 (22)3.金属元素掺杂纳米TIO2的实验研究 (24)3.1.纯T I O2的光催化性能研究 (24)3.1.1.制备方法 (24)3.1.2.纯TiO2的光催化性能 (24)3.2.掺杂H O的T I O2的光催化性能研究 (26)3.2.1.制备方法 (26)3.2.2.Ho-TiO2的光催化性能 (26)3.3.掺杂G D的T I O2的光催化性能研究 (27)3.3.1.制备方法 (27)3.3.2.Gd-TiO2的光催化性能 (27)3.4.掺杂Z R的T I O2的光催化性能研究 (29)3.4.1.制备方法 (29)3.4.2.Zr-TiO2的光催化性能 (29)3.5.掺杂A G的T I O2的光催化性能研究 (30)3.5.1.制备方法 (30)3.5.2.Ag-TiO2的光催化性能 (30)3.6.H O、G D、Z R和A G四种金属掺杂T I O2光催化活性比较 (33)结论 (35)参考文献 (36)致谢 (40)1.绪论1.1. 纳米二氧化钛光催化概述1.1.1.纳米二氧化钛光催化机理及特性半导体粒子具有能带结构，一般由填满电子的低能价带（valence band,VB）和空的高能导带(conduction band,CB)构成，价带和导带之间存在禁带。