二氧化钛光催化降解水体中的邻苯二甲酸二甲酯

本科生毕业设计（论文） 题 目 二氧化钛光催化降解水体中的邻苯二甲酸二甲酯   学 院   专 业 班级   姓 名 学号   指导教师 职称         2011 年4 月20日         新疆农业大学教务处制 目  录 摘要    1 前言    3 邻苯二甲酸酯类（PAES）    3 二氧化钛光催化剂    3 1 实验部分    4 1.1 试剂与仪器    4 1.1.1实验药品    4 1.1.2主要仪器    4 1.2 实验方法    5 2 结果与    5 2.1　最佳降解用量的确定    6 2.2最佳降解浓度的确定    6 2.3最佳降解PH的确定    7 2.4干扰离子的影响    8 3展望    8 谢  辞    10 参考文献    11 二氧化钛光催化降解水体中的邻苯二甲酸二甲酯 作者:张松梅 摘要: 采用TiO2光催化剂催化降解邻苯二甲酸二甲酯，研究不同PH值，不同TiO2光催化剂用量，酯的初始浓度及反应时间对降解结果的影响，结果明，邻苯二甲酸二甲酯的最佳降解条件为： PH=9，酯的浓度为1mg/L、TiO2光催化剂用量为0.2g，此时，邻苯二甲酸二甲酯的降解率可达到49.39%。在分别掺杂含量为 10-3 mol/L的金属离子中，硫酸亚铁、硫酸铁、碳酸钠对TiO2光催化有明显的促进作用；而硫酸钠，硫酸锌，硫酸铜对邻苯二甲酸二甲酯的降解率有明显的抑制作用，尤其是硫酸铜；氯化钠和硝酸钠既没有明显的抑制作用，也没有明显的促进作用。 关键字：TiO2光催化剂;光降解;邻苯二甲酸二甲酯 Titanium dioxide potocatalytic degradation in water dimethyl phthalic acid Zhang Song-mei Abstract:Using catalytic degradation TiO2 light dimethyl phthalic acid, Study different PH value,different catalyst,ester TiO2 light the initial concentration and reaction time on the influence of degradation results,The results show that phthalic acid degradation of dimethyl best condition is: PH = 9,ester concentration 1mg/L,TiO2 for catalyst light is 0.2 g,At this time,phthalic acid degradation rate of dimethyl can reach 49.39%.In a separate for 10 - three doping content mol/L metalions;Ferrous sulfate,sodium sulfate,TiO2 photocatalysis to promote,obviously effect,And,of zinc sulfate,sodium sulfate,dimethyl phthalic acid degradation rates have obvious inhibition, Especially copper sulfate; Sodium chloride and sodium nitrate neither apparent inhibition,and no obvious stimulative effect. Key words: TiO2 light catalysts; light degradation; Dimethyl phthalic acid 前言： 邻苯二甲酸酯类（PAES） 又称酞酸酯，一般呈无色油状粘稠液体，有些带有微弱特殊性气味，难溶于有机溶剂和类酯，其沸点高，蒸气压低，常温下不易挥发。邻苯二甲酸酯类化合物是世界上生产量较大的人工合成有机化合物，主要用于塑料的改性添加剂，其目的是用于增大塑料的可塑性和提高塑料的强度，少量用于农药，涂料，印染，化妆品，油漆和香料的生产，是环境中常见的污染物之一[1] 。邻苯二甲酸酯类物质可以通过呼吸，饮食和皮肤接触等方式直接进入人体和动物体内，破坏血液中激素的功能平衡，干扰内分泌系统的正常运作。所以对人体的生育，发育，行为，对小孩的肾脏特别是对胎儿的肌肉和骨骼系统及中枢神经系统危害极大[2]。因此，降解水中有机污染物PAES以成为全人类势在必行的重大课题。 邻苯二甲酸酯类引起的环境污染问题越来越受到广泛关注，各国政府对于有害物质的处理提出了更高的，制定了更为严格的，也陆续提出了一些处理方法。其中常规方法有Fenton法[3]，但由于种种原因，其降解效率低，难以单独应用；后人又将紫外光引入其中（即UV/Fenton法），大大提高了其降解效率。 1993年东京大学教授Fujishma和Honda又提出将TiO2光催化剂应用于环境净化的建议[4]。同时，由于日本实施了净化空气的恶臭管理法，兴起了大气净化、除臭、抗菌、防霉和开发无机抗菌剂的热潮。在这样的背景下，TiO2光催化环境净化技术作为高新环保技术，其实用化的研究开发受到广泛重视。 二氧化钛光催化剂 钛系催化剂的主体为TiO2。TiO2是较为广泛使用的半导体光催化剂，在自然界中有三种结晶形态：锐钛型、金红石型和板钛型。板钛型在自然界中很稀有属斜方晶系，是不稳定晶型，在一定温度下可转化为金红石型，因而没有工业价值。锐钛型和金红石型为同一种晶型，属于四方晶型，但有不同晶格，因而X衍射图像也不同，其中金红石型晶体细长，呈棱形晶形，而锐钛型一般为近似规则的八面体。以下为二氧化钛三种晶型的示意图。 金红石型                  锐钛型                    板钛型 金红石型、锐钛型、板钛型三种晶型的晶体结构不同，因此它们具有不同的物理化学性质。在这三种晶型中，只有锐钛型结构和金红石结构具有光催化特性，且锐钛矿型粒子比金红石型粒子具有更高的催化活性。锐钛型TiO2，因其粒径小、比表面积大、对有机物的降解选择性低、能将有机污染物彻底降为二氧化碳、反应条件温和、无二次污染且无毒、光催化活性高、稳定性高、能耗低对人体无害、持续作用时间长、连续光照能保持活性等优点其研究和开发涉及到物理、化学、化工、材料、胶体等多交叉学科，因此，成为应用最广泛的理想光催化剂[5] 。但是，由于锐钛型TiO2的带隙能( Eg = 3.2eV)较宽，需要能量较高的紫外光(λ<360nm)才能使价带中电子受激跃迁而表现出催化活性。自然界中，紫外光辐射含量较低，仅占太阳光的6.5%右，因此对太阳光的利用率较低，从根本上限制了该技术的实际应用 [6] 。 本文研究了以UV/TiO2法处理水体中邻苯二甲酸二甲酯，通过实验了解TiO2光催化剂投加量、溶液的PH值、邻苯二甲酸二甲酯的初始浓度以及干扰离子对降解结果的影响。 1 实验部分 1.1 试剂与仪器 1.1.1实验药品 邻苯二甲酸二甲酯(天津市化学试剂研究所科贸公司，分析纯)  TiO2（Product of USA） 甲醇(天津市化学试剂三厂，分析纯) 甲醇(Honeywell Burdick&Jackon USA) 硫酸亚铁(天津基准化学试剂有限公司) 硫酸锌(天津市福晨化学试剂厂) 硫酸铜(天津市福晨化学试剂厂） 硫酸铁(北京化工厂) 硫酸钠（天津市化学试剂三厂） 碳酸钠（天津永晟化学试剂有限公司） 硝酸钠（天津市化学试剂三厂） 氯化钠（天津市化学试剂三厂） 盐酸(天津市化学试剂三厂，分析纯) 氢氧化钠(天津市化学试剂三厂) 1.1.2主要仪器 高效液相色谱仪（日本岛津） 光化学反应仪（开封市宏兴科教仪器厂） 电子天平（上海精科天平仪器厂） 酸度计（梅特勒-托利多仪器有限公司） 吸耳球，烧杯、锥形瓶、玻璃棒 容量瓶(1000mL,500mL，250mL) 移液管(10mL，5mL，1mL,0.5mL) 1.2 实验方法 1.2.1配制浓度为2000 mg/L邻苯二甲酸二甲酯的原液 称取1g邻苯二甲酸二甲酯，溶解于25ml甲醇中，移入500mL的容量瓶中,再用蒸馏水定容至刻度线，得到浓度为2000 mg/L的邻苯二甲酸二甲酯溶液.即为原液。 1.2.2最佳降解用量的确定 用邻苯二甲酸二甲酯原液配制浓度为1mg/L的溶液，加入TiO2质量分别为0.025g、0.05g、0.1g、0.2g、0.3g放入光反应仪中，降解半小时，用高效液相色谱仪测定，确定其最佳用量。 用邻苯二甲酸二甲酯原液配制浓度为10mg/L的溶液，加入TiO2  质量分别为0.05g、0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g放入光反应仪中，降解半小时，用高效液相色谱仪测定，确定其最佳用量。 1.2.3最佳降解浓度的确定 用邻苯二甲酸二甲酯原液配制浓度为1mg/L、 2mg/L、 5mg/L、10mg/L 、20mg/L的溶液，加入一定质量的TiO2 (质量为2中最佳用量)，放入光反应仪中，降解半小时，用高效液相色谱仪测定，确定其最佳降解浓度。 1.2.4最佳降解PH的确定 在最佳用量和最佳降解浓度下，用酸度计调节邻苯二甲酸二甲酯溶液的PH值（从3至9），放入光反应仪中，降解半小时，用高效液相色谱仪测定，确定其最佳PH。 1.2.5干扰离子的影响 在最佳用量和最佳降解浓度下，取质量为10-3mol/L硫酸钠、硫酸锌、碳酸钠、硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸钠、硫酸铜、氯化钠，分别加入邻苯二甲酸二甲酯溶液中，然后放入光反应仪中，降解半小时，用高效液相色谱仪测定，确定其对降解邻苯二甲酸二甲酯的作用。