SiO2负载TiO2膜光催化降解亚甲基蓝和孔雀石绿

SiO2负载TiO2膜光催化降解亚甲基蓝和孔雀石绿 SiO2负载TiO2膜光催化降解亚甲基蓝和孔 雀石绿 第35卷第1期 2006年01月 化工技术与开发 Technology&DevelopmentofChemicalIndustry VoI.35No.1 Jan.2006 SiO2负载TiO2膜光催化降解亚甲基蓝和孔雀石绿 夏金虹,唐郁生 (桂林电子工业学院八系,广西桂林541004) 摘要:采用溶胶凝胶法制备Ti02溶胶,并将其负载于si02的表面,制成负载锐态矿型Ti02薄膜,利用XRD 和SEM对膜的形貌及晶型进行了表征.将si负载Ti02膜应用于光催化降解亚甲基蓝,孔雀石绿,结果表明该 催化剂具有较高光催化活性.且易回收及重复使用.同时探讨了光催化剂的用量,光照时间,pH值等条件对光催 化活性的影响.在光催化剂的用量为10g?L_.,光照时间为2h,pH=7时,其脱色率可以达到90%以上. 关键词:Tio2膜;光催化;亚甲基蓝;孔雀石绿;脱色率 中图分类号:X788TQ314文献标识码:A文章编号:1671-9905(2006)01-0026—03 由于染料废水具有成分复杂,色度高,排放量 大,毒性大,可生化性差的特点,一直是废水处理中 的一个难题.为了解决有机染料对环境的污染,近 年来,利用Tio2粉体光催化降解染料等方面的研究 日益增多,并取得了一定的成果?叫J.Tio2粉体具 有良好的催化活性,但是它存在难分离,回收困难等 缺点,这些缺点制约了Ti()2粉体在光催化降解印染 废水方面的实际应用,近年来研究逐渐由Tio2粉体 转向负载型[卜.本文采用溶胶一凝胶法在Sio2 表面上负载Tio2膜,在光催化降解亚甲基蓝,孔雀 石绿时也取得较好的催化效果,同时探讨了不同光 照时间,浓度,pH值,催化剂用量等因素对亚甲基 蓝,孔雀石绿光催化降解的影响. 1实验 1.1主要仪器与试剂 D8一ADVANCEX衍射仪;JSM.5610LW扫描 电镜;722型光栅分光光度计;SB3200一T超声波振 荡仪;125W自整流荧光高压汞灯(365nlT1). 钛酸四正丁脂(CP);亚甲基蓝(AR);孔雀石绿 (AR). 1.2Ti02膜的制备 采用溶胶一凝胶法在Sio2表面负载Ti02膜. 无水乙醇,二次蒸馏水和三乙醇按 取钛酸四正丁脂, 3:12:1:1(摩尔比)混合,超声波分散,陈化得透明的 浅黄色凝胶,在电磁搅拌下,将02倒入溶胶中,充 分搅拌后,抽滤,干燥,在马弗炉内以500?焙烧2 h,即可得到Sio2负载Tio2膜.为了使Tio2负载 收稿日期:200508.18 量增加,可重复多次镀膜. 1.3光催化降解 称取一定量Sio2负载Tio2膜于超声波振荡仪 中,加入一定体积的染料溶液,调节汞灯底部距离液 面的高度为4cm,光催化降解一定时间,取上清液 测定其吸光度(吸收峰波长:亚甲基蓝.^一=660 nm;孔雀石绿:620nm;).因浓度与吸光度呈 正比关系,所以可用下式计算脱色率: 脱色率=×lo0% 2结果与讨论 2.1si02负载Tio2膜的XRD 图1为Sio2负载o2膜的XRD图谱,与Tio2 x衍射图(卡号:21—1276)对比可以看出,该 Ti02膜的XRD图谱上出现Tio2锐钛矿特征吸收 峰,表明该Tio2膜为锐钛矿型. 2,Theta.Scale 圈1Sio2负载膜的XRD图谱 2.2Si02负载Ti02膜的SEM分析 由SiO2负载Tio2膜的SEM照片(图2)N知, 第1期夏金虹等:SiO2负载TiOz膜光催化降解亚甲基蓝和子L雀石绿27 在SiO2表面附着了一层厚度约为10m的TiO2 表明TiO2已负载在SiO2表面.但有少数区域 膜, 有膜层不均匀,甚至出现裂纹,这主要是由于膜层越 厚,干燥过程中收缩应力越大越容易出现裂纹等缺 陷.通常采取重复镀膜可有效地降低或消除裂纹现 象引. 圉2Sio2负载Ti()2膜的SEM图谱 2.3浓度及时间对光催化降解染料的影响 固定催化剂SiO2/TiO2的用量为10g?L,,按 1.3方法光催化降解不同浓度的染料溶液,结果见 图3,图4. 时间/min 图3亚甲基蓝光催化降解 【l寸同/rain 图4孔雀石绿光催化降解 从图3,图4可以看出光催化降解亚甲基蓝,子L 雀石绿时,当初始浓度为5mg-I时,光催化降解 速率和效果均达到较好,表明光催化降解染料废水 时存在着一个适宜的浓度.因为在光催化过程中. 光催化剂与染料存在着催化反应平衡,催化剂用量 与染料模拟废水的浓度之间相互制约.一定浓度的 染料溶液,催化剂量增加意味着更多光子的利用,但 是,超出一定量,反而会影响光的利用率. 2.4不同pH值对光催化降解的影响 固定溶液的浓度即亚甲基蓝,孔雀石绿均为5 mg?L,,催化剂用量为10g?L,调节溶液pH值 为2,3,4,5,6,7,8.按1.3方法光催化降解.结果 见图5 图5pH对亚甲基蓝和孔雀石绿光催化降解的影响 从图5可以看出,随着溶液的pH值增大,染料 废水的脱色率增加,且在弱碱性条件下,降解效果非 常明显.因为在紫外光条件下的光催化反应中, TiO2从禁带激发电子到导带,形成电子和空穴.具 有高度活性的空穴在反应中消耗水中的OH一.将其 氧化成具有强氧化活性的?OH,然后,电子和空穴分 别与分散在水中的物质发生氧化还原反应.而在弱 碱性溶液中,TiO2表面带负电荷,有利于空穴向 TiO2表面迁移.与电子供体如OH一,HO反应产生 具有强氧化性的OH?自由基.所以,染料溶液在弱 碱性的条件下光催化降解效果要较好. 2.5催化剂用量对光催化降解的影响 固定染料溶液的浓度即亚甲基蓝,子L雀石绿均 为5mg?I,,pH值为7,改变催化剂用量,按1.3 方法光催化降解,结果见图6. 从图6可以看出,随着催化剂用量的增加,染料 溶液的脱色率增加,在催化剂用量为10g?I时. 这4种可溶性染料的脱色率达90%以上.但是当 催化剂用量超过一定值时,即使增加催化剂用量.脱 色率变化也不是很明显.因为,在催化剂增加的初 期,尽可能多的催化剂意味着有尽可能多有效光子 的生成,从而加速了光催化反应的速率.但是当催 化剂用量增加到一定程度时,光催化产生的?OH的 量一定,催化剂过量时反而会造成光的散射,相互之 间对光的掩蔽作用也使有效光子的产生率降低,导 致光催化反应速率的下降. 化工技术与开发第35卷 l00 80 董60 {}}L 40 20 O 图6催化剂用量对亚甲基蓝和孔雀石绿光催化降解的影响 3结论 实验结果表明,用溶胶一凝胶法在Si02负载 Ti02膜,在450?下灼烧为锐钛矿型,厚度约为10 m.该si02负载的Ti02膜具有较高的光催化活 性.当亚甲基蓝,孔雀石绿的浓度为5nag?L..,pH =7,SiO2厂n02膜的用量为10g-L_.,光照时间为2 h时,其脱色率可以达到90%以上. 参考文献: [1]孔令仁,陈曦,杨曦.附着态半导体光催化剂光解可溶 性染料的研究[J].环境科学,1996,16(4):406 4l1. 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Tio2/SiChfilmwasappliedinthephotocatalyticdegradationofmethylene—blueandmalachite-green.Theresults indicatedthatthephotocatalysthadhighactivityandcouldbereclaimedandreusedeasily.Th eeffectofthe amountofphotocatalyst,illuminationtimeandpHontheactivityofphotocatalysiswasalsodiscussed.It showedthatwhentheamountofthecatalystWas10g/L,theilluminationtimewas2.0handpHWas7,thede. colorizationrateofdegradationofmethyleneblueandmalachite— greenwereover90%respectively. Keywords:Ti02/SiChfilm;photocatalysis;methylene—blue;malachite— green;decolorizationrate (上接第25页) CombiningCoagulatingTreatmentofHighConcentrationActiveDye WastewaterUsingFlyAshandMagnesiumChloride XIAOW扎一xiang (DepartmentofElectronicEngineering,GuilinUniversityofElectronicTechnology,Guilin541004,China) Abstract:Flyashandmagnesiumchlorideweretogetherusedascoagulatingandadsorbingreagentsforthe treatmentofhighconcentrationactivedyewastewater.Duetothefacileresourceandcheappriceofflyashand magnesiumchloride,theproposedmethodWascharacterizedaslowcostandrapid~dimentationrate.Evenfor astimulatingwastewatercontainingactivebrilliantredK一 2BP,whichconcentrationwasashighaslg/L,decol— orationrateandCODremovalover96%werestillobtainedundertheconditionofpH11.0. Keywords:flyash;magnesiumchloride;activedyewastewater;unitedcoagulation;activebrilliantredK一2BP