水中常見陰離子對光催化的影響
2014-08-30 08:36:43劉姝陳冰李利倪延濤郭芳
中國科技縱橫 2014年11期
劉姝 陳冰 李利 倪延濤 郭芳
【摘 要】 在紫外光照射下，TiO2（P25）具有很強的光催化能力，可以降解有機污染物，光解水制氫等，所以人們非常希望這項技術能夠早日應用到實際廢水的處理中去，然而在實際工業廢水中通常會含有多種有機、無機離子，這些離子很容易造成催化劑活性降低。以TiO2（P25）為光催化劑，研究水中常見的五種無機陰離子（SO42-、NO3-、H2PO4-、HCO3-和CO32-）對TiO2光催化降解苯酚水溶液的影響，并試圖揭示影響機理。
【關鍵詞】 TiO2 光催化降解 五種無機陰離子 光催化活性
1 納米TiO2活化前后光催化活性的比較
將德國德固賽公司生產的納米TiO2放置入馬弗爐中，于500℃焙燒2h以活化。分別選取活化與未活化的TiO2，用量均為1g/L，加入100mL初始濃度為20mg/L的苯酚水溶液，先在暗處磁力攪拌30min，達到吸附平衡后打開紫外燈照射，繼續攪拌，反應時間為1h，測定反應前后溶液中苯酚的濃度，計算降解率。對納米TiO2進行焙燒活化能提高其光催化活性，500℃焙燒2h使苯酚的降解率從39%提高至54%。這是因為TiO2粉體有銳鈦礦型和金紅石型兩種晶型，經500℃左右熱處理會轉變為銳鈦礦型，而銳鈦礦型TiO2比金紅石型TiO2具有更好的光催化效能。并且高溫活化能防止TiO2晶粒的團聚。所以接下來的實驗均先對TiO2進行活化處理。
2 SO42-和NO3-對TiO2光催化降解苯酚的影響
3 H2PO4-、HCO3-和CO32-對TiO2光催化降解苯酚活性的影響
NaH2PO4、NaHCO3和Na2CO3濃度為5mmol/L，H2PO4-大大提高了苯酚的去除率，由54.7%升高至73%，而HCO3-和CO32-則降低了TiO2的光催化活性，1h苯酚的去除率分別降低了11.3%和21.8%。
溶液的pH值是影響TiO2光催化活性的一個重要環境因素。pH值能改變水中TiO2的表面電荷，從而改變顆粒在水中的分散狀況，進而影響其受光線照射的面積和光催化活性。pH值能影響污染物在光催化劑表面的吸附，而污染物在光催化劑表面的吸附是光催化反應發生的關鍵因素。Kashif Naeem在實驗中考察了pH對TiO2降解苯酚活性的影響，得出結論：苯酚的降解速率隨pH（4-10）的增大而增大，在pH為5的點達到最大值，隨后隨著pH的增大，反應速率減小。TiO2在水溶液中具有雙親性，而TiO2的等電點為pHPZC=6.8，當溶液pH<6.8時，TiO2表面帶正電，pH>6.8時，TiO2表面帶負電。對于帶電荷的污染物，pH值對TiO2對其吸附和光催化降解有著決定性的影響。一般說來，酸性pH值條件有利于陰離子型的污染物在TiO2表面的吸附和光催化氧化，而在堿性pH值條件下有利于陽離子型污染物在TiO2表面的吸附和光催化氧化。苯酚在水中能夠電離出H+，帶負電荷。因此，當加入NaH2PO4濃度逐漸增大從而溶液的pH值由6.16逐步降為5.05時，TiO2對苯酚的降解率亦逐步增大。
NaH2PO4濃度增加而降低；Na2CO3使得溶液的pH值由6.16升高至10.56、10.75、10.83、10.9和10.92，苯酚的降解率也隨著NaH2PO4濃度增加而降低；并且Na2CO3對TiO2光催化氧化苯酚的抑制作用強于NaHCO3。同樣，利用TiO2在水溶液中具有雙親性來解釋。NaHCO3和Na2CO3的加入使溶液pH值由6.16升高至8.77和10.92，高于TiO2的等電點pHPZC（6.8），因此TiO2表面所帶電荷由正電荷轉變為負電荷，不利于苯酚的吸附和光催化氧化，并且Na2CO3所應起溶液pH值的變化大于NaHCO3，所以Na2CO3對苯酚光催化反應的抑制作用強于NaHCO3。
4 結語
主要考查了TiO2的活化和水中常見的五種無機陰離子（SO42-、NO3-、H2PO4-、HCO3-和CO32-）對TiO2光催化降解本分的影響，通過實驗可得到如下結論：（1）納米TiO2經活化能提高其光催化活性，本實驗選取的活化溫度為500℃，活化時間為2h。（2）SO42-和NO3-對TiO2光催化降解苯酚無明顯影響。（3）H2PO4-、HCO3-和CO32-通過影響溶液的pH值來影響TiO2對苯酚的光催化效率：H2PO4-通過降低溶液的pH值來提高光催化活性；HCO3-和CO32-則通過提高溶液的pH值降低光催化活性，且CO32-對光催化活性的抑制作用強于HCO3-。
【摘 要】 在紫外光照射下，TiO2（P25）具有很強的光催化能力，可以降解有機污染物，光解水制氫等，所以人們非常希望這項技術能夠早日應用到實際廢水的處理中去，然而在實際工業廢水中通常會含有多種有機、無機離子，這些離子很容易造成催化劑活性降低。以TiO2（P25）為光催化劑，研究水中常見的五種無機陰離子（SO42-、NO3-、H2PO4-、HCO3-和CO32-）對TiO2光催化降解苯酚水溶液的影響，并試圖揭示影響機理。
【關鍵詞】 TiO2 光催化降解 五種無機陰離子 光催化活性
1 納米TiO2活化前后光催化活性的比較
將德國德固賽公司生產的納米TiO2放置入馬弗爐中，于500℃焙燒2h以活化。分別選取活化與未活化的TiO2，用量均為1g/L，加入100mL初始濃度為20mg/L的苯酚水溶液，先在暗處磁力攪拌30min，達到吸附平衡后打開紫外燈照射，繼續攪拌，反應時間為1h，測定反應前后溶液中苯酚的濃度，計算降解率。對納米TiO2進行焙燒活化能提高其光催化活性，500℃焙燒2h使苯酚的降解率從39%提高至54%。這是因為TiO2粉體有銳鈦礦型和金紅石型兩種晶型，經500℃左右熱處理會轉變為銳鈦礦型，而銳鈦礦型TiO2比金紅石型TiO2具有更好的光催化效能。并且高溫活化能防止TiO2晶粒的團聚。所以接下來的實驗均先對TiO2進行活化處理。
2 SO42-和NO3-對TiO2光催化降解苯酚的影響
3 H2PO4-、HCO3-和CO32-對TiO2光催化降解苯酚活性的影響
NaH2PO4、NaHCO3和Na2CO3濃度為5mmol/L，H2PO4-大大提高了苯酚的去除率，由54.7%升高至73%，而HCO3-和CO32-則降低了TiO2的光催化活性，1h苯酚的去除率分別降低了11.3%和21.8%。
溶液的pH值是影響TiO2光催化活性的一個重要環境因素。pH值能改變水中TiO2的表面電荷，從而改變顆粒在水中的分散狀況，進而影響其受光線照射的面積和光催化活性。pH值能影響污染物在光催化劑表面的吸附，而污染物在光催化劑表面的吸附是光催化反應發生的關鍵因素。Kashif Naeem在實驗中考察了pH對TiO2降解苯酚活性的影響，得出結論：苯酚的降解速率隨pH（4-10）的增大而增大，在pH為5的點達到最大值，隨后隨著pH的增大，反應速率減小。TiO2在水溶液中具有雙親性，而TiO2的等電點為pHPZC=6.8，當溶液pH<6.8時，TiO2表面帶正電，pH>6.8時，TiO2表面帶負電。對于帶電荷的污染物，pH值對TiO2對其吸附和光催化降解有著決定性的影響。一般說來，酸性pH值條件有利于陰離子型的污染物在TiO2表面的吸附和光催化氧化，而在堿性pH值條件下有利于陽離子型污染物在TiO2表面的吸附和光催化氧化。苯酚在水中能夠電離出H+，帶負電荷。因此，當加入NaH2PO4濃度逐漸增大從而溶液的pH值由6.16逐步降為5.05時，TiO2對苯酚的降解率亦逐步增大。
NaH2PO4濃度增加而降低；Na2CO3使得溶液的pH值由6.16升高至10.56、10.75、10.83、10.9和10.92，苯酚的降解率也隨著NaH2PO4濃度增加而降低；并且Na2CO3對TiO2光催化氧化苯酚的抑制作用強于NaHCO3。同樣，利用TiO2在水溶液中具有雙親性來解釋。NaHCO3和Na2CO3的加入使溶液pH值由6.16升高至8.77和10.92，高于TiO2的等電點pHPZC（6.8），因此TiO2表面所帶電荷由正電荷轉變為負電荷，不利于苯酚的吸附和光催化氧化，并且Na2CO3所應起溶液pH值的變化大于NaHCO3，所以Na2CO3對苯酚光催化反應的抑制作用強于NaHCO3。
4 結語
主要考查了TiO2的活化和水中常見的五種無機陰離子（SO42-、NO3-、H2PO4-、HCO3-和CO32-）對TiO2光催化降解本分的影響，通過實驗可得到如下結論：（1）納米TiO2經活化能提高其光催化活性，本實驗選取的活化溫度為500℃，活化時間為2h。（2）SO42-和NO3-對TiO2光催化降解苯酚無明顯影響。（3）H2PO4-、HCO3-和CO32-通過影響溶液的pH值來影響TiO2對苯酚的光催化效率：H2PO4-通過降低溶液的pH值來提高光催化活性；HCO3-和CO32-則通過提高溶液的pH值降低光催化活性，且CO32-對光催化活性的抑制作用強于HCO3-。
【摘 要】 在紫外光照射下，TiO2（P25）具有很強的光催化能力，可以降解有機污染物，光解水制氫等，所以人們非常希望這項技術能夠早日應用到實際廢水的處理中去，然而在實際工業廢水中通常會含有多種有機、無機離子，這些離子很容易造成催化劑活性降低。以TiO2（P25）為光催化劑，研究水中常見的五種無機陰離子（SO42-、NO3-、H2PO4-、HCO3-和CO32-）對TiO2光催化降解苯酚水溶液的影響，并試圖揭示影響機理。
【關鍵詞】 TiO2 光催化降解 五種無機陰離子 光催化活性
1 納米TiO2活化前后光催化活性的比較
將德國德固賽公司生產的納米TiO2放置入馬弗爐中，于500℃焙燒2h以活化。分別選取活化與未活化的TiO2，用量均為1g/L，加入100mL初始濃度為20mg/L的苯酚水溶液，先在暗處磁力攪拌30min，達到吸附平衡后打開紫外燈照射，繼續攪拌，反應時間為1h，測定反應前后溶液中苯酚的濃度，計算降解率。對納米TiO2進行焙燒活化能提高其光催化活性，500℃焙燒2h使苯酚的降解率從39%提高至54%。這是因為TiO2粉體有銳鈦礦型和金紅石型兩種晶型，經500℃左右熱處理會轉變為銳鈦礦型，而銳鈦礦型TiO2比金紅石型TiO2具有更好的光催化效能。并且高溫活化能防止TiO2晶粒的團聚。所以接下來的實驗均先對TiO2進行活化處理。
2 SO42-和NO3-對TiO2光催化降解苯酚的影響
3 H2PO4-、HCO3-和CO32-對TiO2光催化降解苯酚活性的影響
NaH2PO4、NaHCO3和Na2CO3濃度為5mmol/L，H2PO4-大大提高了苯酚的去除率，由54.7%升高至73%，而HCO3-和CO32-則降低了TiO2的光催化活性，1h苯酚的去除率分別降低了11.3%和21.8%。
溶液的pH值是影響TiO2光催化活性的一個重要環境因素。pH值能改變水中TiO2的表面電荷，從而改變顆粒在水中的分散狀況，進而影響其受光線照射的面積和光催化活性。pH值能影響污染物在光催化劑表面的吸附，而污染物在光催化劑表面的吸附是光催化反應發生的關鍵因素。Kashif Naeem在實驗中考察了pH對TiO2降解苯酚活性的影響，得出結論：苯酚的降解速率隨pH（4-10）的增大而增大，在pH為5的點達到最大值，隨后隨著pH的增大，反應速率減小。TiO2在水溶液中具有雙親性，而TiO2的等電點為pHPZC=6.8，當溶液pH<6.8時，TiO2表面帶正電，pH>6.8時，TiO2表面帶負電。對于帶電荷的污染物，pH值對TiO2對其吸附和光催化降解有著決定性的影響。一般說來，酸性pH值條件有利于陰離子型的污染物在TiO2表面的吸附和光催化氧化，而在堿性pH值條件下有利于陽離子型污染物在TiO2表面的吸附和光催化氧化。苯酚在水中能夠電離出H+，帶負電荷。因此，當加入NaH2PO4濃度逐漸增大從而溶液的pH值由6.16逐步降為5.05時，TiO2對苯酚的降解率亦逐步增大。
NaH2PO4濃度增加而降低；Na2CO3使得溶液的pH值由6.16升高至10.56、10.75、10.83、10.9和10.92，苯酚的降解率也隨著NaH2PO4濃度增加而降低；并且Na2CO3對TiO2光催化氧化苯酚的抑制作用強于NaHCO3。同樣，利用TiO2在水溶液中具有雙親性來解釋。NaHCO3和Na2CO3的加入使溶液pH值由6.16升高至8.77和10.92，高于TiO2的等電點pHPZC（6.8），因此TiO2表面所帶電荷由正電荷轉變為負電荷，不利于苯酚的吸附和光催化氧化，并且Na2CO3所應起溶液pH值的變化大于NaHCO3，所以Na2CO3對苯酚光催化反應的抑制作用強于NaHCO3。
4 結語
主要考查了TiO2的活化和水中常見的五種無機陰離子（SO42-、NO3-、H2PO4-、HCO3-和CO32-）對TiO2光催化降解本分的影響，通過實驗可得到如下結論：（1）納米TiO2經活化能提高其光催化活性，本實驗選取的活化溫度為500℃，活化時間為2h。（2）SO42-和NO3-對TiO2光催化降解苯酚無明顯影響。（3）H2PO4-、HCO3-和CO32-通過影響溶液的pH值來影響TiO2對苯酚的光催化效率：H2PO4-通過降低溶液的pH值來提高光催化活性；HCO3-和CO32-則通過提高溶液的pH值降低光催化活性，且CO32-對光催化活性的抑制作用強于HCO3-。
