兩種磁載光催化劑的低溫法制備及其光催化與磁回收性能研究.pdf

1、由于納米TiO2具有自身無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)腐蝕性、比表面積大及可重復(fù)使用等特點(diǎn),使其能將難以降解的有機(jī)物完全礦化生成無(wú)機(jī)離子和水。然而納米TiO2完成使命后很難從反應(yīng)體系中分離出來(lái),而且相當(dāng)一部分的TiO2光催化粉末流失,回收的催化劑活性也有所降低。將催化劑負(fù)載到玻璃、陶瓷等塊體材料上可以解決光催化劑的分離回收問(wèn)題,但其光催化效率卻低于懸浮體系。為此,如何保持 TiO2高催化活性的同時(shí)賦予TiO2納米粒子一些特性,使其易于從反應(yīng)該體系中分離

2、出來(lái)成為光催化處理廢水應(yīng)用化的關(guān)鍵。利用磁場(chǎng)作用將催化劑與反應(yīng)體系快速分離的磁載光催化劑成為目前的研究熱點(diǎn)。
　　磁載光催化劑是將 TiO2負(fù)載到磁性物質(zhì)表面,制備出一種殼核結(jié)構(gòu)的復(fù)合粒子。這樣制備出來(lái)的具有磁響應(yīng)特性的光催化劑,既保持了納米 TiO2的高比表面積和傳質(zhì)效率,處理完污水后又可在外加磁場(chǎng)下分離回收循環(huán)使用,解決了納米 TiO2難以分離回收的問(wèn)題。然而,在粉末態(tài)磁載光催化劑的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn),研磨過(guò)篩后的磁載光催化劑投入

3、到反應(yīng)體系后,發(fā)生了 TiO2從磁核物質(zhì)上脫落的現(xiàn)象。而未經(jīng)研磨的磁載催化劑在體系中,則存在著分散性差的缺點(diǎn)。在納米鐵氧體的表面負(fù)載惰性隔離層,再在其表面低溫負(fù)載 TiO2光催化劑,制備成具有光催化作用的磁流體,將能克服粉末態(tài)磁載光催化劑分散性差及制備過(guò)程繁瑣的缺點(diǎn)。
　　本文首先用化學(xué)共沉淀法合成納米鐵氧體,再利用原位合成法制備SiO2/Fe3O4復(fù)合粒子,用低溫水熱法進(jìn)行TiO2的負(fù)載,制備出具有高光催化活性和良好磁回收性能的

4、TiO2/SiO2/Fe3O4磁載光催化劑。同時(shí),為了解決磁載光催化劑分散性差而引起的催化活性降低的問(wèn)題,本文首先采用原位合成法制備了PANI/Fe3O4磁性微球,然后在液相體系下以兩種最優(yōu)水熱合成法進(jìn)行TiO2的負(fù)載。通過(guò)原位測(cè)定、理化性能表征及磁回收性能和光催化活性的考察,優(yōu)化制備工藝,最終建立了TiO2/PANI/Fe3O4光催化磁流體的制備方法。
　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究,得到以下結(jié)論:
　　(1)制備的磁載光催化劑TiO2

5、/SiO2/Fe3O4(其中nTi:nSi:nFe=16:1:1,標(biāo)記為TSF5)具有較好的光催化活性,其對(duì)濃度為25mg/L的苯酚降解率100min時(shí)達(dá)到了99.7％,降解效果略低于純TiO2的100%和P25的99.8%。與納米TiO2相比,磁載光催化劑TSF5具有較好的磁回收性能,磁回收率高達(dá)91.3%,并且回收率用后,催化劑仍然保持高光催化活性,重復(fù)使用5次后,光催化降解率由100%降到92.6%,僅下降了7.4%。
　　

6、(2)鈦酸四正丁酯為原料,低溫水熱法(170℃,18h)制備的磁流體催化劑TiO2/PANI/Fe3O4(其中nANI:n Fe3O4=1:1,PF投加量為1.5g,標(biāo)記為TPF2)具有較好的光催化活性,其對(duì)濃度為100mg/L的苯酚降解率在120min內(nèi)達(dá)到了36.9%。磁載光催化劑TPF2具有較好的磁回收性能和光催化壽命,重復(fù)使用5次后,光催化降解率僅下降了3.3%。
　　(3)硫酸鈦為原料,低溫水熱法(180℃,4h)制備的

7、磁流體催化劑TiO2/PANI/Fe3O4(其中nANI:n Fe3O4=1:1,PF投加量為0.5g,標(biāo)記為TiPF1)光催化活性最好,其對(duì)濃度為100mg/L苯酚的降解率在120min時(shí)達(dá)到了20.7%。磁載光催化劑TiPF1具有較好的光催化壽命,重復(fù)使用5次后,光催化降解率僅下降了4%。
　　(4)本文實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),磁核 Fe3O4表面直接負(fù)載 TiO2所制備的催化劑 TF的光催化效果,遠(yuǎn)不如在兩者之間增加惰性隔離層(SiO2

8、、PANI)之后達(dá)到的降解效果。說(shuō)明惰性隔離層的增加,成功地避免了TiO2和磁核的直接接觸及磁核物質(zhì)向TiO2中的擴(kuò)散,提高了光催化活性。
　　(5)用P25降解同濃度的苯酚和乙醇時(shí),乙醇的降解速度更快些,在100min時(shí)降解率就達(dá)到了100%,略高于苯酚97.4%的降解速率。說(shuō)明P25對(duì)乙醇具有更好的降解效果,而不是苯酚。將反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)至6h,催化劑投加量為1g/L,降解同濃度乙醇、丁醇混合溶液時(shí),P25的光催化效果不如TiO2