造纸废水降解二氧化钛改性催化剂的制备(3)

http://www.titaniumdioxide.cn/ http://dgsl.xx351.com/ 30mg/L的甲基橙溶液，根据正交实验表调节实验条件，加入对应量的催化剂，避光超声分散20min，以375W直管形高压紫外灯为光源，灯距液面的距离为15cm，每隔20min取出10ml溶液，经TG16台式高速离心机（湖南凯达公司）6000r/min的转速下离心15min，除去介孔TiO2,随后用上海仪器厂生产的UV757型的紫外—可见分光光光度计测定甲基橙的吸光度，并于为降解的甲基橙紫外吸收光谱作比较，计算甲基橙的降解率。降解率的计算根据： W=(A0-At)/A0×100% A0—甲基橙初始吸光度

At—反应t时间时甲基橙的吸光度

选择最优条件，在该条件下做验证实验，步骤与上述实验相同，并相同条件下即在相同pH值、相同催化剂用量、相同催化剂焙烧温度的条件下与纯TiO2的降解效果做比较。光催化反应 1. 氧气入口 2. 紫外灯 3. 玻璃夹套 4. 冷凝水进水口 5. 磁力搅拌器 6. 冷凝水出水口

7. 催化剂一目标降解物溶液

3.3 SiO2-TiO2改性催化剂的光催化性能分析

通过L9(34)正交实验得出降解甲基橙的最优方案为A2B1C3D2,即在掺杂量为3%，pH为3，催化剂用量为2g/L，焙烧温度为400℃时，甲基橙的降解效果最好，经验证在该条件下降解效果最好，这说明该方法可行。

从表3-2中可以看出最优方案条件下降解率比纯的TiO2催化活性要高。这是因为掺杂后的介孔TiO2具有极大的比表面积，能够为光催化提供更大的有效面积，将有机物吸附到TiO2粒子周围，增加了界面浓度，有利于有机污染物的吸附降解及半导体光生电子-空穴的分离，从而加快了反应速度，提高了催化效率。

适宜温度的焙烧，可以使催化剂既保持一定的颗粒大小，又可以使TiO2以一定比例的锐钛矿和金红石两种晶型存在。温度如果太低，则TiO2由无定形体向晶体的转化不完全。随着焙烧温度的升高，催化剂颗粒的粒径会逐渐增大，金红石相TiO2的比例也会增加。但

http://www.dgsl8688.com/

http://www.titaniumdioxide.cn/ http://dgsl.xx351.com/ 是，锐钛矿型TiO2对O2的吸附能力比较好，比表面积较大，因此催化活性提高。

由下图3-3可以看出，在一定的催化剂用量范围内降解速率随着催化剂用量的增加而增加,原因可能是[28]:当TiO2 投量较小时,有效光子不能完全转化为化学能,适当增加催化剂用量则能产生更多的电子—空穴对,可加快反应速度，使降解率增大。综上所述,确定最佳催化剂用量为2g/L。

通常情况下，催化剂分散得越好，受紫外线照射的面积越大，产生的电子一空穴越多，同时空穴迁移到Ti02表面的越多，光催化活性就越高。溶液的pH值能改变颗粒表面的电荷，从而改变颗粒在溶液中的分散情况。当溶液pH值接近Ti02等电点时，由于范德华引力的作用，颗粒之间容易团聚形成大颗粒。TiO2的等电点pH值为3.0，因此，当悬浮液pH值远离等电点pH值时，由于颗粒相互间的排斥力，其在溶液中分散很好。此时，有机污染物被纳米TiO2光催化降解的效率更高。但在本实验中随着pH值的增大，甲基橙的降解率在下降，随着pH值增大，甲基橙的降解率降低，这可能是由于pH值增大，抑制了催化体系中羟基自由基(·OH)的生成，从而降低了催化剂的催化活性，所以在选择的pH值中，pH=3为最优pH值。

适量SiO2掺杂TiO2的光催化活性较纯的TiO2高，且在掺SiO2量为3 %时达到最佳催化效率。这可能是因为SiO2的掺杂使TiO2晶粒尺寸减少，比表面积增大；TiO2的光谱响应范围向可见光区拓展，增强了对可见光的吸收，使介孔TiO2的光催化活性提高。同时，由于掺杂SiO2成为电子(e–)和空穴(h+)的陷阱，减少了e– / h+的复合，也有助于光催化活性的提高。但是，当掺杂的SiO2离子超过3%时，其光催化活性反而下降。这可能与Si离子在TiO2中的存在形式有关，SiO2离子除了取代TiO2晶格中的Ti4+形成Si–O–Ti键外，过量的Si离子形成化合物并覆盖在TiO2表面，这在掺Si离子量较高如5 % SiO2–TiO2的XRD图中得到证实。覆盖在TiO2表面的化合物光催化活性较差，且阻碍了TiO2对紫外光的吸收和利用，使TiO2的光催化活性降低。

3.4 显著性论证

试验的自由度f总=试验总数-1=n-1 各因素的自由度f因=因素的水平数-1 FE为试验误差的自由度：fE=f总-f因=0

因素的平均离差平方和=因素离差的平方和/因素的自由度=S因/f因

http://www.dgsl8688.com/

http://www.titaniumdioxide.cn/ http://dgsl.xx351.com/ 实验误差的平均离差平方和=试验误差的离差平方和/试验误差的自由度=SE/fE

将各因素的平均离差平方和与误差的平方和相比，得出F值，这个比值的大小反映了个因素对实验结果影响程度的大小。

对因素进行显著性试验，对给出的检验水平α，从F分布表中查出Fα(f因，fE)(通常叫临界值），把F比值与该临界值比较，若F> Fα(f因，fE)说明该因素对实验结果的影响显著，两个数差值越大，说明该因素的显著性越大；若F< Fα(f因，fE),说明该因素对试验结果的影响不显著。

从表3-2中F值的大小可以看出，各因素对实验结果即甲基橙降解率影响大小的顺序为D、A、B、C，即温度D为影响最大的因素，其次为SiO2掺杂比A,pH值B,影响最小的因素为催化剂的用量C.这样确定的最后的最优方案为A2B1C3D2。

第四章 结论

本论文研究用溶胶－凝胶法对TiO2进行SiO2改性，合成出TiO2 - SiO2介孔复合材料，并将其应用于染料废水的处理，同时对合成产物进行了性能研究。通过正交实验方法选出了最优实验条件条件。通过实验得出以下主要结论：

(1)用溶胶－凝胶法制备的SiO2- TiO2介孔复合材料，锐钛矿结构的TiO2粒子均匀地分散于无定形SiO2基质中，TiO2与SiO2基质之间存在着Ti－O－Si键，SiO2的加入提高了复合材料的分散性，减少了TiO2的团聚情况。随着SiO2含量的增加（掺杂比<3%），SiO2- TiO2晶体颗粒变小，结晶度下降，比表面积增大，热稳定性升高，而且由于能带结构的改变，也提高了其对可见光的吸收。

(2)溶胶－凝胶法制备的SiO2- TiO2介孔光催化剂具有较高的光催化活性，在紫外灯下光降解染料废水中的甲基橙效果很明显，其光催化活性要比纯TiO2光催化剂高。焙烧温度为400 ℃、掺杂比为3%、pH值为3、催化用量为2 g/ L时催化剂对甲基橙降解效果最好，降解率可达100.10%，即我们确定的最优方案可达到的降解效果。

http://www.dgsl8688.com/

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库造纸废水降解二氧化钛改性催化剂的制备(3)在线全文阅读。