石墨烯/TiO2-CeO2催化劑的制備和光催化氧化法處理染料廢水

石墨烯/TiO2-CeO2催化劑的制備和光催化氧化法處理染料廢水

黃薇1楊易彬2

(1.江西省水利規劃設計院，江西 南昌；2.江西省環境保護科學研究院，江西 南昌)

摘要：采用溶膠凝膠和水熱法制備的石墨烯/TiO2-CeO2催化劑光催化氧化處理染料廢水活性艷紅X-3B，結果表明摻雜Ce和石墨烯的TiO2比純的TiO2光催化效果更高，當石墨烯負載量為2.5%，Ce的摻雜量4%時，催化劑的催化效果最佳，在此條件下考察了催化劑的投加量、染料初始pH以及光照時間對活性艷紅X-3B的降解效果的影響，得出催化劑的最佳投加量為0.05g，初始pH為4，光照時間時間為3h，廢水脫色率可達99.15%。

關鍵詞：石墨烯/TiO2-CeO2溶膠凝膠水熱法活性艷紅X-3B

引言

光催化是光化學和催化劑的兩者的有機結合，因此光和催化劑是促進光催化氧化反應的必要條件。半導體光催化氧化的研究開始于1972年，Fujishima和Honda[1]在Nature雜志發表關于TiO2電極分解水的論文標志著光催化氧化新時代的開始。它能夠氧化分解環境污染問題中突出的毒性大、難生物降解的烴類、鹵代芳烴、染料、農藥、油類等物質和處理多種有機、無機類污染物。由于光催化氧化法設備簡單，運行條件溫和、氧化能力強、殺菌作用強、無二次污染的特點，為降解染料廢水提供了很好的發展前景[2]。

但是目前有關TiO2的研究存在以下幾個問題[3-4]：首先TiO2禁帶較寬為3.2eV，只有在λ< 387nm的紫外光下才能被激發，但是紫外光僅占太陽光能量的5%，因此純的TiO2太陽光利用率低[5]，價帶電子才能躍遷到導帶上形成光生電子和空穴分離，第二由于光激發產生的電子和空穴易于復合，導致光量子效率很低。因此現階段主要的問題是如何減小TiO2禁帶寬度，目前，研究人員主要通常采用金屬離子、非金屬離子摻雜和表面敏化等方法來提高TiO2的光催化性能。據報道[6]CeO2可以提高TiO2的熱穩定和對可見光的響應，CeO2[7]可以產生特殊的電子轉移過程，促進電子空穴對的分離，從而提高光催化活性。石墨烯是近幾年發展起來的新興碳材料，由于石墨烯比表面積大、電熱穩定性高。因此它在光催化中的應用也越來越廣泛。

本文分別利用溶膠凝膠法和水熱法將稀土元素Ce和石墨烯共摻雜TiO2。提高了TiO2的光催化性能，并研究了催化劑的投加量、染料初始pH以及光照時間對活性艷紅X-3B的降解效果的影響。……