论文摘要：以玻璃纤维为载体，将TiO 负载到其表面形成了空间玻璃纤维反应器，引入Fe 作为掺杂改性离子，形成了负载TiO /Fe 的空间玻璃纤维光催化反应器，并以高压汞灯为光源进行了光催化降解水中苯酚的试验研究，考察了影响苯酚光催化降解的因素，确定了在以UV365-250W光源照射下，pH值为3~5，O 通入量1.0L/(min L)，反应器内上升流速为0.7m/min等试验条件下，初始浓度为30mg/L的苯酚废水经120min光催化反应后, 降解率可达到85%，矿化率可达80%.
论文关键词：二氧化钛,铁掺杂,光催化氧化,苯酚关键为
多相光催化氧化技术是一种新兴的高级氧化技术，以其作为催化剂，以高能光子或紫外光作为激发光源，催化剂半导体价带上的电子吸收有效光子能量后，跃迁到导带上,形成光生电子-空穴对，电子-空穴对迁移到固-液界面上可将界面上吸附态羟基或水分子还原为羟自由基，将界面上吸附的氧分子还原为超氧负离子，超氧负离子与水中无机离子或部分有机物反应也可生成羟自由基，羟自由基具有较高的氧化还原电位，能无选择地将水中难降解的污染物氧化为水、CO和N等无机小分子.近年来，一些研究发现，反应体系中共存的某些无机离子对反应过程中TiO的光催化活性具有一定的强化催化作用，如铁掺杂改性不仅可影响光生电子与空穴的分离，提高其光催化效率，而且可使TiO吸收光带发生红移，使其吸光范围向可见光区拓展，实现对太阳光的有效利用，同时，Fe和Ti半径非常接近，Fe很容易渗入TiO中形成Fe-Ti的共存晶格，因此，掺杂Fe进行TiO催化剂的改性具有较强的实际作用。
本研究以玻璃纤维丝作为光催化剂的载体，将Fe和TiO负载到玻璃纤维表面，形成三维的空间丝状光催化反应器，不仅解决了二氧化钛粒子回收难的问题，同时玻璃纤维丝比表面积大，透光性好，物理、化学性质稳定，因而负载量大，光催化效率高，可实现光能的合理利用，大大提高其光催化降解有机物的效率。研究中苯酚溶液为光催化反应的模型物质，采用自制光催化反应器，以负载TiO/Fe的空间玻璃纤维丝为催化主体，以紫外灯为光源，进行模拟苯酚废水降解试验，考察了影响降解效果的主要因素并提出优化试验条件。
2实验部分
2.1实验仪器
自制加压光催化反应器如图1所示，有效容积为5.95L，采用有机玻璃管加工，三层套管，中心管为紫外灯区，外部为冷却水套管，中部为反应区。反应过程关闭水箱阀门，使溶液进行内循环反应，反应结束后从取样口处取样，经0.45µm滤纸过滤后，取分离液测定其苯酚浓度及矿化率。降解率η=(1–C/C)×100%(C、C分别为光照前后的苯酚浓度)。采用测定反应前后的TOC来衡量苯酚的矿化率。
 图1光催化反应实验装置示意图
2.2材料制备
玻璃纤维丝负载TiO/Fe固定膜光催化剂的制备方法，先将柔性玻璃纤维丝（孔隙率96%，比表面积3000m/m，容重85kg/m，密度1.38g/cm）用无水乙醇浸泡5分钟后用蒸馏水清洗，再以5℃/分钟的速度升温到300～500℃，保持2小时进行热处理。按体积比量取钛酸丁酯∶无水乙醇∶水∶硝酸＝1∶6∶0.2∶0.1，将一半无水乙醇与钛酸丁酯均匀混合，形成A液；将另外一半无水乙醇、水、浓度为1∶4的硝酸和Fe(NO)（按Fe/TiO质量比为0.05%）均匀混合，形成B液；在剧烈搅拌的情况下，将B液缓慢地加入到A液中，继续剧烈搅拌2小时，形成透明的溶胶-凝胶液然后静置陈化24小时；将热处理后的玻璃纤维丝浸入制得的溶胶-凝胶液中3分钟，以1cm/s的速度将玻璃纤维丝垂直提出液面，在室温、通风环境中挂起晾干10小时，使溶剂充分挥发，溶胶充分水解、缩聚；将挂膜后的玻璃纤维丝放入马弗炉中，以5℃/min的速度升温至450℃，并在此温度下保持3小时,最后在干燥环境下自然冷却。重复３次上述过程，最终获得负载TiO/Fe固定膜光催化剂的厚度为93nm。
2.3主要试剂
Fe(NO)，聚乙二醇，苯酚，乙酸，均为分析纯（AR级），天津化学试剂一厂；乙腈，甲醇，高效液相色谱（HPLC）级，上海新高化学试剂有限公司；钛酸丁酯（AR级），天津联合化学试剂厂；实验所用其余试剂均为分析纯，实验用水为二次蒸馏水。
2.3分析方法
苯酚：采用日本岛津公司LC-2010C液相色谱仪，色谱柱采用C18反相色谱柱，流动相采用体积比乙腈：水为70∶30，流速为1mL/min，UV/VIS检测器波长为275nm,进样量为10μL。TOC：总有机碳分析仪（TOC-V，日本岛津公司）。pH:pH3型酸度计，上海雷磁仪器公司。
3.0结果与讨论
3.1负载TiO/Fe的玻璃纤维催化填料对苯酚的吸附性能研究
由于玻璃纤维丝具有较大的比表面积，考虑到吸附及可能会对试验结果产生影响，试验前进行了无光照条件下的吸附空白试验，采用黑色覆盖物包裹反应器，以消除日光中紫外线对反应的影响。通过试验发现，pH值是影响负载TiO/Fe的玻璃纤维催化填料对苯酚吸附的主要因素。当pH=5时，TiO对苯酚的吸附量最小，仅为2.4%，以pH=5为中心，增大或降低，吸附量都有一定的增大，最高值发生在pH=9.0，此时，TiO对苯酚的吸附量为4.1%，当pH值大于9.0时，吸附量又开始减小，在强碱性（pH=13.0）条件下，吸附量几乎为零。进一步的试验可知，负载TiO/Fe玻璃纤维填料对苯酚的吸附在４h后达到稳定。因此，在进行负载TiO/Fe玻璃纤维填料降解苯酚试验前，先进行４h的恒温循环吸附，待吸附-脱附平衡后，然后在250W高压汞灯下进行光降解反应，此后苯酚溶液质量浓度的降低可以认为由光催化降解所致。 1/3 1 2 3 下一页 尾页 |
