CeO-TiO负载型光催化剂的制备和微波场助光催化降解染料废水的研究

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光催化氧化法是以n型半导体的能带理论为基础,以n型半导体作敏化剂的一种光敏氧化法。在众多光催化剂中,TiO2以其无毒价廉,催化活性高,氧化能力强,稳定性好而最为常用。传统光催化悬浮体系存在反应后TiO2粉末难以回收及产生二次污染等问题,而负载型光催化剂解决了上述的问题,在废水处理中显示了良好的应用前景,但它仍存在光催化效率低、负载牢固性较差等不足。物理场助光催化氧化技术是一种新的水处理技术,实验证明微波和光催化联用可以明显提高光催化效果。本论文通过稀土元素Ce掺杂对TiO2进行改性,并采用微波场助光催化氧化技术,以提高光催化效果。溶胶-凝胶法是制备负载型TiO2光催化剂的主要方法之一,本论文改进了溶胶的制备工艺,制备了稳定时间长达76天,涂覆效果好的溶胶:选择无水乙醇作溶剂,控制C2H5OH/Ti(Obu)4的摩尔比为17;控制水与钛酸正丁酯的摩尔比为2.7;以CH3COOH作络合剂和酸催化剂;加入一定量的表面活性剂,可以使薄膜的比表面积增大,从而使催化剂的活性增大;加入适当的稳定剂,既能保证溶胶长时间不变成凝胶,又能保证多次涂膜煅烧后负载牢固。制备了TiO2和CeO2-TiO2粉末催化剂,采用XRD、SEM、TGA、FTIR等手段对其进行了表征,并通过酸性媒介红B的微波场助光催化反应考察了其光催化活性。XRD分析说明,Ce的掺杂抑制了锐钛矿向金红石的转变;由SEM图可知,颗粒尺寸在20~30nm之间,试样呈多孔状;TGA分析表明,TiO2和0.0003CeO2-TiO2干凝胶的失重过程基本上是一致的;FTIR试验表明,CeO2-TiO2和纯TiO2均具有较高的亲水性;微波场助光催化实验表明,Ce的掺杂有利于TiO2光催化活性的提高。以玻片和γ-Al2O3小球为载体,制备了负载型CeO2-TiO2复合光催化剂,其光催化活性高于未掺杂的催化剂,以γ-Al2O3小球为载体的催化剂光降解效率优于以玻片为载体的催化剂。Ce的最佳掺杂量为0.0003(摩尔比),最佳煅烧温度为400℃。对于以玻片为载体的催化剂来说,最佳涂覆次数为2次,而对于以γ-Al2O3小球为载体的催化剂来说,最佳涂覆次数为3次。比较了在UV、MW、MW+UV、MW+UV+0.0003CeO2-TiO2等四种不同反应体系中,酸性媒介红B的脱色率。结果表明,在MW+UV+0.0003CeO2-TiO2体系中酸性媒介红B的脱色率远高于其它几个反应体系,由此说明,微波场与紫外光之间存在着耦合作用,微波场可提高光催化活性。溶液的初始浓度(C0)对表观速率常数k(min-1)和溶液的脱色率有较大的影响;溶液的Ph和外加H2O2均对溶液的脱色率有较大的影响,最佳Ph值为2,H2O2的最佳加入量为900mg/l;比较了3种染料的微波辅助光催化脱色率,结果表明,染料本身的分子结构与脱色率的差异有一定的关系;两种负载型光催化剂与载体负载牢固,长时间使用活性没有明显降低;微波光催化耦合作用下酸性媒介红B水溶液的CODcr值的变化结果表明:加入一定量的H2O2,反应150min后,CODcr的去除率比未加H2O2时提高了约24﹪。
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