负载型TiO2光催化降解酸性蓝染料废水的实验研究

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TiO2半导体光催化剂具有高稳定性、耐光腐蚀、无毒的特点,并且在处理过程中不产生二次污染,TiO2光激发后,产生的空穴可氧化水分子产生强氧化性的羟基自由基(·OH),它可以在较短的时间内使水中难降解的有机物矿化;若以太阳光为辐射能源,可大大降低了处理成本,节约了能源,因此是一种具有普遍实用性的高效清洁处理技术,是国内外学者研究的热点问题。 本文采用焦炭负载纳米TiO2作光催化剂,外加少量过氧化氢,在紫外光或太阳光照射下,对有机酸性蓝62染料废水进行了脱色实验研究,这一研究尚属首次。 本文以工业水玻璃(硅酸钠)为粘结剂,采用焙烧技术,将纳米TiO2固定在焦炭载体上,制备了负载型纳米TiO2光催化剂。并以此作催化剂,在紫外灯和太阳光分别照射下,对酸性蓝(Acid Blue)染料废水进行光催化降解实验研究,实验结果表明,在紫外光(强度63μW/cm2)照射下、催化剂用量为lg/L、10%H2O2用量为0.2mL的条件下,1000mL浓度为20mg/L的酸性蓝染料废水经过40min的处理,其脱色率达到93%;若改用太阳光(光强323μW/cm2)照射,其脱色率则达到96%,证明了光催化氧化法可以有效地降解酸性蓝染料废水,; 研究中探讨了催化剂投加量、外加氧化剂量和反应时间等因素对光催化降解反应的影响。影响纳米TiO2光催化氧化降解酸性蓝染料废水效果的各因子显著性顺序为:染料起始浓度>氧化剂用量>起始pH值>反应时间>催化剂投加量。 实验中还对催化剂的使用寿命作了初步实验研究,结果表明:紫外光照射的强度越大则催化剂的使用次数就越多。若按脱色率为50%计算,太阳光照射下其使用的次数为6次,在紫外灯照射条件下则为5次,而无光照条件下仅可使用3次。 文中最后对负载型TiO2催化降解酸性蓝染料废水的机理进行了初步探讨。作者认为负载型TiO2光催化反应机理类似于以·OH基团为中介物的电催化反应机理。当用波长≤388nm光波辐射TiO2时,TiO2价带的电子可被激发至导带上,生成电子—空穴对,光生电子和光生空穴不断向TiO2粒子表面迁移,在TiO2—H2O体系中,就会在催化剂表面与H2O和O2发生一系列反应,最终产生具有强氧化能力的羟基自由自由基(·OH)和氧负离子(O2),·OH可氧化酸性蓝染料的发色基团,使废水脱色。
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