二氧化鈦薄膜光電催化法處理難降解有機廢水.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展，水環(huán)境污染已經(jīng)成為人們面臨的一個全球性的嚴峻挑戰(zhàn)，在處理污染有機物的方法中，光催化氧化技術(shù)具有簡單易行、經(jīng)濟實用、無二次污染等特點，已引起研究者的廣泛關(guān)注。半導(dǎo)體光催化劑將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，在環(huán)保、化工和太陽能電池領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。其中以TiO2多相光催化技術(shù)的研究尤為熱門。作為綠色環(huán)保型催化劑的TiO2，具有高活性、安全無毒、價廉、無污染、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點。本論文中系統(tǒng)綜述了半導(dǎo)體光電催化氧化法的原理和研究進展

2、，概括了影響光電催化氧化反應(yīng)的各個因素及提高反應(yīng)速率的各種方法，采用自制的固態(tài)TiO2薄膜應(yīng)用光電催化法對難降解有機廢水—苯酚進行了光電催化性能的研究，結(jié)果表明固定態(tài)TiO2薄膜對難降解有機廢水確實具有較好的處理效果，將具有廣泛的應(yīng)用前景。 本課題是與蘇州東大仁智能科技有限公司共同合作開發(fā)的課題項目，課題中在室溫下采用直流磁控濺射法制備了固定態(tài)TiO2薄膜，并對其進行了XRD、SEM表征，以300W高壓汞燈(365nm)作為光源

3、，該固態(tài)TiO2薄膜為工作電極(陽極)，鈦片為對電極(陰極)，飽和甘汞電極為參比電極，建立了三電極的光電催化體系，選擇具有代表性的芳香族難降解有機污染物之一—苯酚作為降解對象，對其在固定態(tài)TiO2薄膜上的光電催化降解進行了研究。考察了外加電壓、溶液的初始pH值、光強、降解溶液的初始濃度等因素對試樣降解速率的影響。為提高TiO2的催化活性，提高量子效率，研究中還探討了TiO2與H2O2、Fenton試劑和金屬離子(Fe3+)之間的協(xié)同效應(yīng)

4、，以此來抑制電子-空穴對的復(fù)合。 本文采用分光光度法測定試樣降解過程的濃度；由于碳是有機物的基本元素，所以總有機碳法(TOC)能更好地掌握有機物的絕對量，比傳統(tǒng)的COD法更準(zhǔn)確，故本試驗中采用總碳分析儀來測定溶液的TOC值，以衡量試樣溶液的礦化程度。結(jié)果表明：與傳統(tǒng)的TiO2制備方法(如溶膠-凝膠法、涂覆法等)相比，磁控濺射法由于具有轟擊粒子能量高、成膜堅固、成膜條件和厚度易于控制、均勻性和重復(fù)性好等優(yōu)點，適宜制備TiO2介質(zhì)薄

5、膜。常溫下制得的薄膜為無定型結(jié)構(gòu)，必須經(jīng)退火處理才可形成以銳鈦礦晶型為主、有少量金紅石型的固定相混晶態(tài)TiO2，必須采用大于TiO2(銳鈦礦型)禁帶寬度能量(3.2eV)的光源激發(fā)該固態(tài)TiO2薄膜產(chǎn)生電子和空穴，然后利用外加電壓使電子和空穴分離，才可達到光電催化的目的，才能有效地降解溶液中的苯酚，而暗態(tài)的電催化過程則無法達到苯酚降解的目的。 苯酚在固態(tài)TiO2薄膜上的光電催化降解以及光催化降解都服從準(zhǔn)一級反應(yīng)動力學(xué)方程。當(dāng)光催

6、化和電催化同時作用于TiO2薄膜上，可大大提高苯酚的降解效率，遠比單一條件作用時的降解效果要好。 外加偏壓只需加在陽極，并且提高外加陽極偏壓、光強、pH值以及苯酚的初始濃度都有利于苯酚的光電催化降解，但上述因素都存在最佳值。 O2和Fe3+作為電子受體可以大大提高苯酚的光電催化降解速率，同時Fe3+的濃度也降低了，由此可看出光電催化法對于既含有有機污染物又含有無機污染物的廢水的處理將具有深遠的意義。 TiO2和F