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二氧化钛(TiO2)是一种光催化剂,在紫外光照射下TiO2表面可以产生光生电子和光生空穴,空穴可将其表面吸附的OH-、H2O等氧化成·OH自由基,而·OH自由基具有强氧化性,几乎可以无选择地将有机物进行氧化,因此迄今为止,TiO2仍是最好的光催化剂。但是TiO2的光催化带隙较宽,且光量子效率很低,导致其光催化活性有限。为了提高它的光催化活性,必须引入其他物质,制备多种多样的TiO2复合材料。TiO2用于污水处理时,由于悬浮型TiO2难以回收,目前多采用负载型,但是该方法的反应速率较低。本研究的目的在于通过TiO2光催化剂的贵金属掺杂改性,进一步提高其催化活性,提高污水,特别是有色污水的处理效果,采用悬浮型TiO2处理有机污染物,同时采用泡沫分离技术分离回收TiO2,使成本降低,为大规模污水处理打下科学技术的基础。
本文分别采用均匀水解-热分解法和化学沉淀法一步合成含银(Ag)1%的纳米TiO2粉体(Ag/TiO2),研究制备Ag/TiO2的影响因素,并采用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等技术对所得粉体的组成、表面形貌和光吸收性质进行表征;光催化降解试验以15W紫外灯为光源,5-磺基水杨酸和甲基橙为目标降解物,评价了光催化剂的催化活性,并研究了Ag/TiO2光催化降解的影响因素;采用泡沫分离技术,向反应体系中加入表面活性剂,同时鼓入空气,产生泡沫,利用物理化学作用将TiO2吸附于泡沫表面而分离,并研究了泡沫分离的影响因素。
结果表明:采用化学沉淀法和均匀水解-热分解法一步合成Ag/TiO2晶体是可行的。制备方法,及合成体系的酸碱度、反应温度、加料顺序和烧结温度对Ag/TiO2晶体的结构和大小有较大的影响。所得粉体粒径为8~21nm;化学沉淀法制得的样品主要为锐钛矿,均匀水解-热分解法制得样品中,除了氨水做分散剂制得的样品主要为锐钛矿外,其余样品均为锐钛矿和金红石型混合晶体。
少量Ag+的掺杂可使TiO2晶体对光的吸收扩展至可见光范围。Ag/TiO2晶体中金红石的含量和晶体尺寸均会影响催化氧化的效果。金红石含量越低,晶粒尺寸越小,Ag/TiO2晶体对紫外光的吸收范围越宽。在适当条件下,Ag/TiO2晶体可以有效的光催化降解某些有机污染物,100min内,对5-磺基水杨酸溶液的降解率可达37.79%,对甲基橙溶液的降解率可达83.87%。
采用泡沫分离法可以有效分离回收TiO2晶体,而且分离率较高。反应体系中表面活性剂的种类和浓度、溶液的pH值,及气流速度均对分离率有较大影响。适当条件下,TiO2晶体的分离率可达92.97%。