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本论文在分析了国内外光催化氧化研究的基础上,采用溶胶-凝胶(S-G)法,通过半导体复合与离子共掺杂对TiO<,2>进行了改性研究;为解决粉体催化剂的分离回收和再生利用问题,以天然斜发沸石微粒为载体,利用溶胶.凝胶.浸渍(S-G-I)法制备了负载复合光催化剂;利用自制光催化反应装置,以 20W 紫外灯为光源,活性艳红K-2BP为模型反应物,考察了催化剂的光催化活性,研究了活性艳红K-2BP的光催化降解影响因素及动力学,并对实际印染废水进行了光催化降解。
采用S-G法制备了ZnO/TiO<,2>复合半导体,当Zn<2+>引入量为20%时,光催化活性最好。在ZnO(20%)/TiO<,2>制备过程中分别引入FeO<3+>、Ce<4+>和La<3+>,进一步提高了其光催化活性,效果从高到低依次为La<3+>>Fe<3+>>Ce<4+>。La<3+>、Fe<3+>和Ce<3+>的最佳掺杂量分别为0.50%、0.50%和2.0%。
采用XRD、SEM、TG、DSC和拉曼光谱(LRS)对La<3+>(0.50%)/ZnO(20%)/TiO<,2>进行表征,结果表明:La<3+>的引入抑制了TiO<,2>晶粒的长大,但复合催化剂表面一次粒子发生了团聚,颗粒径约为10~25nm;煅烧温度在400~600℃间所得样品均为锐钛矿相,400℃时晶型不完整,500℃时晶相发育成熟,600℃发生了明显的析晶现象,出现了Zn<,2>TiO<,4>租La<,2>O<,3>的衍射峰。降解实验表明500℃制备的样品光催化活性最高。
当La<3+>(0.50%)/ZnO(20%)/TiO<,2>投加量4.0g·L<-1>,初始pH 6.03,通气量800 mL·mim<-1>时,光照1h,活性艳红K-2BP(初始浓度65mg·L<-1>)可完全脱色。在较低质量浓度下(≤10mg·L<-1>),活性艳红K-2BP的光催化降解遵从Langmuir-Hinshelwood动力学模型,求得反应速率常数k=11.5 mg·(L·min)<-1>和吸附常数K=2.88×10<-2>L·mg<-1>。
以80目天然斜发沸石为载体,PEG400为分散剂,采用S-G-I法制备了复合负载光催化剂La<3+>/ZnO/TiO<,2>-沸石(LZT-沸石)。SEM表明催化剂表面光滑平整且富有光泽,能谱图表明Ti、Zn、La元素成功地负载到了沸石微粒表面;XRD分析表明200℃热处理所得催化剂中TiO<,2>主要为锐钛矿相,IR光谱表明有部分的钛已进入沸石微粒骨架中,实现了TiO<,2>与载体的化学键合。
PEG400添加量1.0g·100mL<-1>。,经200℃煅烧,涂覆5层制备的负载光催化剂催化活性最好。利用LZT-沸石光催化降解活性艳红K-2BP,当溶液初始浓度60mg·L<-1>,催化剂投加量12g·L<-1>,通气量1200 mL·min<-1>时,光照2.5h可充分降解。适量30%H<,2>O<,2>或Fe<3+>的加入有利于活性艳红EK-2BP的降解,其最佳投加量分别为0.4mL·100mL<-1>和0.3g·100mL<-1>。
采用LZT-沸石对实际印染废水进行了光催化降解。结果表明:光照150min,废水色度的去除率可达99.4%,在200~700nm范围内吸光度都接近于零;光照180min,COD的去除率达到96.6%,出水符合国家一级排放标准(GB8978-96),说明LZT-沸石负载光催化剂可以有效地降解实际印染废水。