二氧化钛紫外光催化降解盐基杏黄染料废水的研究

河南科技学院2013届本科毕业论文TiO2紫外光催化降解盐基杏黄染料废水的研究学生姓名：刘凯所在学院：资源与环境学院所学专业：环境科学指导老师：周凌云完成时间：2013年5月21日2TiO2紫外光催化降解盐基杏黄染料废水的研究摘要近年来，随着工农业的发展，越来越多种类的生产生活污水随之产生，如何使这些污水得到应有的处理，而不是直接排放到自然水域成为当今环境保护面临的重要问题。二氧化钛自上世纪80年代用于光催化以来，显示出巨大的发展潜力。它能够催化偶氮染料类，卤代烃及有机氯类，苯酚，苯胺等多种有机污水的光降解。本文就二氧化钛的催化机理和对杏黄溶液（C12H13ClN4）的催化光解反应，从二氧化钛用量，底物初始浓度，反应条件以及pH值四个方面综合阐述二氧化钛的光催化活性。关键词：二氧化钛，催化光解，光催化活性TheresearchofTiO2ultravioletcatalyticdegradationbaseoftheBasicOrangewastewaterAbstractInrecentyears,withthedevelopmentofagricultureandindustry,moreandmorekindsofproductionsewagearise,howtomakethesewageprocessing，ratherthandirectlydischargeintonaturalwatershasbecomeanimportantproblemfacingtoday'senvironmentalprotection.Sincethe1980s,thetitaniumdioxidecatalyzedbylight,showsahugedevelopmentpotential.Itcancatalystsofazodye,halogenatedhydrocarbonandorganicchlorine,phenol,anilineandotherphotodegradationoforganicwastewater.Inthispaper,thecatalyticmechanismoftitaniumdioxideandcatalyticphotodissociationofapricotyellowsolution(C12H13ClN4),fromtitaniumdioxidedosage,initialsubstrateconcentration,reactionconditionsandpHvaluefouraspectscomprehensiveelaborationoftio2photocatalyticactivity.Keys：TitaniumdioxideCatalyticphotodissociationPhotocatalyticactivity4目录1.引言.............................................................................................................................12.实验部分.....................................................................................................................32.1实验原理阐述.............................................................................................32.2实验器材与装置.........................................................................................42.2.1主要仪器及型号..............................................................................42.2.2主要试剂..........................................................................................42.2.3实验装置..........................................................................................42.3实验方法.....................................................................................................52.3.1杏黄基本信息确定..........................................................................52.3.2催化剂用量的影响..........................................................................52.3.3初始溶度的影响..............................................................................52.3.4反应条件的影响..............................................................................52.3.5初始pH值的影响...........................................................................52.3.6杏黄溶液的标准曲线......................................................................52.3.7分析方法..........................................................................................63.结果与分析.................................................................................................................73.1杏黄溶液基本信息汇总.............................................................................73.2二氧化钛的光催化活性研究.....................................................................73.2.1二氧化钛用量对杏黄溶液光催化降解的响..................................73.2.2初始溶度对杏黄溶液光催化降解的响..........................................83.2.3反应条件对杏黄溶液光催化降解的影响......................................93.2.4初始pH值对杏黄溶液光催化降解的影响.................................104.结论...........................................................................................................................135.参考文献...................................................................................................................146.致谢...........................................................................................................................1511.引言工业革命以后，随着工农业的不断发展，地球资源也日益匮乏，从而使太阳能等新能源得到重视[1]。自1997年FrankS.N.等在光催化降解水中污染物方面做出了开拓性的工作并将半导体微粒的悬浮体系应用于处理工业污水以来，光催化业日益活跃[2]。二十几年来，人们对光催化机理做了大量讨论，弄清楚了半导体光催化剂的作用原理，在材料选择以及制备方面也经历了由盲目性到目标明确，由简单到复杂，由单一到复合的过程。二氧化钛是一种应用广泛的半导体材料。由于成本低，性质稳定，对人体无害，且具有光敏，气敏以及良好的光催化特性而广泛应用于传感器，电子添料，油漆涂料，光催化剂等化学工业[3]。二氧化钛是一种禁带宽度为3.2eV的宽禁带半导体，其光催化特性集中于紫外波段。二氧化钛还可以与其他半导体化合物复合，形成复合型半导体，以改变其光谱影响[4]。VogelR等将窄禁带的CdS半导体引入宽禁带半导体二氧化钛形成复合半导体光催化剂，由于两种半导体的导带，价带，禁带宽度不一致而发生交迭，从而提高晶体的电荷分离率，扩展二氧化钛的光谱影响[5]。SukharebV等人将与二氧化钛禁带宽度相等的半导体ZnO引入与二氧化钛复合，因复合半导体的能带交迭而使其光谱响应得到显著改善，Bedja，DoYR等对二氧化钛与Al2O3,SiO2,SnO2,WO3等的复合做了系统研究[6]。另外，在二氧化钛中掺杂金属同样可以改性。利用杂质离子来改变半导体中电子和空穴的浓度，在光照作用下，因掺杂引起的电子跃迁的能量要小于禁带宽度Eg，而且掺杂电子浓度较大，故其光谱响应向可见光方向移动[7,8,9]。Choi等系统的研究了过渡金属掺杂二氧化钛的光催化特性，并对其掺杂改性机理做了探讨，认为光化波段扩展主要归因于杂质在能级结构中形成的亚能级，亚能级的形成使得光激发需要的能量小于Eg，从而引起吸收边的红移[10]。OhtaniB，WuYue,RufusIB,PappJ等利用贵金属沉积法在二氧化钛表面沉积Pt，Au，Ru，Pd等贵金属，可以大大提高二氧化钛的光催化活性[11]，岳林海等人利用稀土元素在二氧化钛中进行掺杂改性，也取得了一些成果，但其光催化反应必须在高压汞灯下进行，不符合节能原则[12]。另外。在复合半导体光催化剂或杂质改性二氧化钛光催化剂中再担载一些贵金属，将对二氧化钛的光催化活性产生进一步的影响。1972年，日本东京大学FujishimaA和Honda首次报告二氧化钛单晶电极可以光解水产生氢气，使二氧化钛又有了新的应用领域[13,14,15]。目前，国外在直接利用太阳光进行光催化方面，取得了巨大进步，国内陈士夫等人也进行了这方面的研究[16],但国内大多学者仍然采用紫外光灯具或高压汞灯做光催化源，能量消耗大，灯具对人体的刺激损伤也很大[17,18]，随着人类社会的发展和进步，环境污染问题和能源问题已经成为了困扰人类的两大难题，综合考虑能源问题和环境2污染问题将是光催化研究的发展趋势，直接利用太阳能替代紫外灯和高压汞灯，通过改性掺杂，使二氧化钛在整个太阳光波段都有很好的光催化活性，是学者们研究的新方向。本文选取了盐基杏黄作为研究机理的目标物，在汞灯的照射下，以二氧化钛作为催化剂，以杏黄溶液在各个时间内的降解率为主要参考数据，探索盐基杏黄的降解过程。32