离子掺杂和核壳结构双重改性的二氧化钛光催化剂处理重金属废水的研究

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二氧化钛是一种无毒、高效的半导体光催化剂,它在一定波长的光照射下产生氧化性强的空穴和还原性强的光生电子。在过去的几十年里,人们主要研究其空穴氧化性在有机废水处理方面的应用,而对光生电子在去除金属离子方面却关注较少。  本文采用聚苯乙烯作模板,在生成二氧化钛过程中采用多种离子掺杂,并以二氧化锡作为包覆外壳,制成了不同离子掺杂的、核壳结构的空心的二氧化钛光催化剂(TiO2,Mn+/SnO2),并对复合光催化剂用红外波谱、透射电镜、扫描电镜、X衍射对其进行表征,实验过程考察了不同金属离子掺杂、不同核壳包覆比、不同煅烧温度对复合光催化剂光催化活性的影响,最终得出:La2+掺杂,核壳比例为5:1,煅烧温度为873.15K条件下制得的光催化剂具有较优的光催化还原活性。FT-IR检测表明煅烧过程将PS模板去除完全,TEM检测显示二氧化钛内部为空心结构,二氧化锡层均匀地包覆在二氧化钛层外面,形成核壳结构。 SEM检测显示包覆二氧化锡前后光催化剂颗粒均为完整的球状结构,表面光滑且破损少,团聚少。用 XRD检测能在各种掺杂的二氧化钛中分别能检测到各种金属离子对应的特征峰,表明离子掺杂成功。同时,XRD检测出温度873.15K下煅烧的二氧化钛复合光催化剂晶型主要是锐钛矿型。  以上述最优条件下制备出的复合光催化剂处理铅、银离子混合溶液,考察了光催化反应时间、pH、电子供体种类及用量、光催化剂用量、金属离子溶液初始浓度等因素对光催化还原重金属离子效果的影响。最终得出光催化还原铅、银离子溶液的最优工艺条件为:在光催化处理铅、银混合离子溶液时,光催化反应5~6小时,pH=5~6,0.5%用量的十二烷基苯磺酸钠作电子供体,0.2%用量的光催化剂,铅银离子初始浓度120mg/L左右,对铅银离子的去除效果是最好的。
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