二氧化鈦薄膜電極光電催化降解有機(jī)農(nóng)藥研究.pdf

1、農(nóng)藥廢水因毒性大、濃度高和組分復(fù)雜,成為廢水治理難題之一。半導(dǎo)體IiO2是一種高效的光催化劑,具有很強(qiáng)的氧化能力,在紫外光輻射下,它能將空氣中和水中的有機(jī)污染物降解為CO2和H2O,無二次污染,已引起研究者的極大關(guān)注。但普通粉體TiO2催化劑存在電荷分離效率差、光催化活性低、不易回收等缺點(diǎn),致使它的工業(yè)應(yīng)用受到限制。光電催化技術(shù)是一種通過施加外加電壓,將光激發(fā)半導(dǎo)體產(chǎn)生的光生電子遷移到對(duì)電極上,減少光生電子-空穴的復(fù)合,從而提高光催化活

2、性的新技術(shù)。它集光電技術(shù)于一體,在降解有機(jī)污染物等環(huán)境污染治理方面已顯示出廣泛的應(yīng)用前景。本文應(yīng)用光電催化技術(shù),主要圍繞TiO2光催化薄膜電極的制備和改性展開研究,以高效氯氰菊酯(BEC)和辛硫磷為目標(biāo)降解物,評(píng)價(jià)所制薄膜電極的光電催化活性,揭示光電催化降解規(guī)律,具體研究工作如下： 1.薄膜電極的制備研究以泡沫鎳為載體,采用溶膠-凝膠法分別研究了TiO2及Ce4+/TiO2薄膜電極的制備方法。以鈦酸丁酯[Ti(OC4H9)4]為

3、前驅(qū)體,無水乙醇為溶劑,乙酰丙酮為絡(luò)合劑,聚乙二醇[(PEG)400]為致孔劑,以冰醋酸為抑制劑,制得TiO2溶膠；通過浸漬提拉技術(shù)在泡沫鎳基體上制備了所需的TiO2膜層；將鍍好的電極置于馬福爐中,500℃下保溫2h,隨爐冷卻至室溫即制得TiO2薄膜電極。制備Ce4+/TiO2薄膜電極,只需向上述TiO2溶膠中添加一定量的硫酸高鈰Ce(SO4)2·4H2O,制備出摻雜不同摩爾濃度n(Ce4+)/n(TiO2)的薄膜電極,記作:n％Ce4

4、+/TiO2薄膜電極。 2.TiO2薄膜電極光電催化性能研究利用自行設(shè)計(jì)的光電催化反應(yīng)裝置,使用三電極體系(以光催化薄膜電極為工作電極(WE),飽和甘汞電極(SCE)為參比電極(RE),鉑電極為對(duì)電極(CE)),125W高壓汞燈為光源,使用CHI600b電化學(xué)工作站較為系統(tǒng)地研究了TiO2薄膜電極的光電催化性能,探討了影響光電催化反應(yīng)的各種因素,確定最佳降解條件,并對(duì)光電催化過程進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。 (1)選擇BEC為實(shí)驗(yàn)對(duì)

5、象,研究了TiO2薄膜電極的光電催化活性。結(jié)果表明,當(dāng)煅燒溫度為500℃、鍍膜層數(shù)為5層、BEC初始濃度為45mg·L-1,初始pH6.08、NaCl濃度為0.01mol·L-1、外加電壓為0.6V(vs.SCE)時(shí),反應(yīng)120min,BEC的降解率可達(dá)80.3％,COD去除率達(dá)71.6％。降解過程服從Langmuir-Hinshehwood動(dòng)力學(xué)模型,在較低質(zhì)量濃度(≤90mg·L-1)下,光電催化降解過程為一級(jí)反應(yīng),并求得Langm

6、uir速率常數(shù)k0=2.166 mg·(L-min)-1,吸附常數(shù)K=2.214×10-2L·mg-1。 (2)選擇辛硫磷為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,通過考察COD的變化,研究了TiO2薄膜電極的光電催化性能。結(jié)果表明,當(dāng)煅燒溫度為500℃、鍍膜層數(shù)為5層、辛硫磷初始濃度為70mg·L-1、初始pH6.25、NaCl濃度為0.01mol·L-1、光源為125W高壓汞燈、外加電壓為0.6V(vs.SCE)時(shí),降解120min,辛硫磷溶液的COD去除率達(dá)6

7、3.6％。 3.Ce4+/TiO2薄膜電極光電催化性能研究選擇BEC為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,使用三電極體系(以光催化薄膜電極為工作電極,飽和甘汞電極為參比電極,鉑電極為對(duì)電極),分別用125W高壓汞燈及25W日光燈作為輻射光源,對(duì)Ce4+/TiO2薄膜電極光電催化性能進(jìn)行較為系統(tǒng)的對(duì)比研究。結(jié)果表明,當(dāng)Ce4+摻雜量0.5％(摩爾分?jǐn)?shù))、鍍膜層數(shù)為5層、煅燒溫度450℃、BEC初始濃度為45mg·L-1、初始pH6.01、NaCl濃度為0.