多壁碳納米管負(fù)載TiO2對(duì)氯苯的吸附與光降解作用研究.pdf

1、本研究以甲基橙為模擬污染物,采用溶膠-凝膠法進(jìn)行了復(fù)合光催化劑(MWNTs/TiO2)的優(yōu)化制備,結(jié)果表明:在煅燒溫度500℃、煅燒時(shí)間3h、溶膠體系pH值為3、固著劑聚苯乙烯磺酸鈉投加量5g/L及L20-40型多壁碳納米管(MWNTs)用量為納米二氧化鈦(TiO2)質(zhì)量1.5％的工藝條件下制備的復(fù)合光催化劑光催化活性最高。由掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn),MWNTs負(fù)載納米TiO2后,MWNTs管壁表面包裹著一層厚厚的、分布均勻的納米TiO2,外壁

2、直徑也由20～40nm增粗至60～80nm左右。借助EDX可以看出MWNTs/TiO2中含有Ti、C、O、Na和S幾種元素,其中主要以Ti、O和C元素為主。通過(guò)表面分析儀確定純化后MWNTs與優(yōu)化后MWNTs/TLO2的比表面積分別為80.103m2/g和39.610m2/g;MWNTs表面孔徑主要屬于細(xì)孔范圍,而MWNTs/TiO2的表面孔徑主要屬于中孔范圍。通過(guò)FTIR定性分析表面官能團(tuán)可知,在純化后MWNTs與優(yōu)化后MWNTs/T

3、iO2的表面均主要存在羥基(-OH)、羰基(-C=O)、羧基(-COOH)等含氧官能團(tuán)。MWNTs具有較強(qiáng)吸收峰,而MWNTs/TiO2的吸收峰相對(duì)來(lái)說(shuō)明顯減少、減弱。
　　 用優(yōu)化后制備的MWNTs/TiO2與納米TiO2對(duì)1,2,4-三氯苯進(jìn)行光催化降解對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)此兩種光催化降解均可用一級(jí)反應(yīng)來(lái)描述。MWNTs/TiO2對(duì)1,2,4-三氯苯的光催化反應(yīng)速率常數(shù)為0.0196h-1,比納米TiO2提高了63.3％左右。

4、用優(yōu)化后制備的MWNTs/TiO2對(duì)甲基橙和1,2,4-三氯苯進(jìn)行光催化降解對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)MWNTs/TiO2對(duì)甲基橙和1,2,4-三氯苯的光催化降解反應(yīng)速率常數(shù)分別為0.0367h-1和0.0196h-1,比納米TiO2分別提高了146％和63.3％左右。在實(shí)驗(yàn)室優(yōu)化條件下制備的復(fù)合光催化劑對(duì)氯苯類化合物同樣具有較好的光催化降解效果。
　　 用MWNTs及MWNTs/TiO2對(duì)三氯苯進(jìn)行吸附研究對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:在相同條

5、件下,MWNTs及MWNTs/TiO2對(duì)1,2,3-三氯苯的最大吸附量分別為71.8mg/g和3.0mg/g。MWNTs及MWNTs/TiO2對(duì)1,2,3-三氯苯的吸附動(dòng)力學(xué)曲線基本一致,兩種吸附反應(yīng)均可用假二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程來(lái)描述,其速率常數(shù)分別為0.0836g.mg-1·min-1和0.4159 g·mg-1·min-1,說(shuō)明MWNTs/TiO2具有更強(qiáng)的吸附驅(qū)動(dòng)力。兩種吸附熱力學(xué)均遵循Freundlich方程,且都為自發(fā)吸熱反應(yīng)。MW

6、NTs及MWNTs/TiO2與三氯苯之間的強(qiáng)吸附作用力是由疏水作用、氫鍵作用和MWNTs及MWNTs/TiO2表面與三氯苯苯環(huán)之間的π電子共軛作用等共同作用的結(jié)果,但可能主要是通過(guò)π電子共軛作用而實(shí)現(xiàn)的。
　　 以典型氯苯類化合物為目標(biāo)去除物,研究MWNTs/TiO2對(duì)其光催化降解及協(xié)同作用,結(jié)果表明:MWNTs/TiO2對(duì)六氯苯和五氯苯的光催化降解速率常數(shù)分別為0.0664h-1和0.0670h-1,明顯高于其它氯苯類化合物。

7、而1,4-二氯苯的光催化降解反應(yīng)速率常數(shù)僅為0.0430h-1,在典型氯苯類化合物中最小。典型氯苯類化合物1,2,4-三氯苯、1,2,4,5-四氯苯、五氯苯及六氯苯的主要光催化降解路徑分別為:1,2,4-TCB→1,4-DCB;1,2,4,5-FeCB→1,2,4-TCB→1,4-DCB;PeCB→1,2,4,5-TeCB→1,2,4-TCB→1,4-DCB;HCB→PeCB→1,2,4,5-TeCB→1,2,4-TCB→1,4-DCB

8、。將MWNTs和納米TiO2復(fù)合之后,MWNTs/TiO2對(duì)1,2,3-TCB的去除效果得到明顯提高,充分體現(xiàn)出其對(duì)氯苯類化合物的吸附與光降解協(xié)同作用。溶液中溫度或pH值降低,將有利于MWNTs/TiO2對(duì)1,2,3-TCB去除;MWNTs/TiO2投加量增多或紫外光光強(qiáng)增大將提高M(jìn)WNTs/TiO2對(duì)1,2,3-TCB去除率。
　　 因此,利用MWNTs/TiO2對(duì)水中氯苯類化合物的吸附與光降解協(xié)同作用,快速、徹底去除該類有機(jī)