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TiO2光催化还原含Cu(Ⅱ)废水的实验研究

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201 8年第5期 广 东 化 工 www.gdchem.COlTl 5 1 第45卷总第367期 TiO2光催化还原含CU(II)废水的实验研究 黄锦勇,,覃铭 ,王磊 ,郭冰之 ,魏永春 (1.北京 I: :球海学院材 l王1 境 院.』 尔珠海5l9088:2.北京帅范人 珠海分校] 披/k 院.广东球 5I9085) [摘要]在纳米22氧化钛悬浮体系中,以紫外汞灯为照射光源,考察了光照辐射强度、纳米TiO:的投加疑、反成体系温度、投加葡萄糖等 对光催化还原CutII)的影响。实验结果表明,纳米 O2在300W紫外汞灯的照射下光催化还原CutII)的速度高于I1 5w:控制反应体系温度35℃ 下TiO2的最佳用最为3 rag/L:投加葡萄糖促进了TiO2对cu(II)的光催化还原效率,舅.随着葡萄糖量的增加丽增大。 [关键词】纳米二氧化钛:cu(II):光催化还原 [中图分类号]TQ 【文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2018)05·0051·02 Experimental Study of Photocatalytic Reduction Cu(II)in Sewage IIuang Jinyong。.Oin Ming Wang Let。.Guo Bingzhi。 Wet Yongchun。 (1 School ot"Matcl’ials&Enx ironment Zhuhai Campus of Beiiing Institute Technolog} .Zhuhai 5 I 9088 .School ofEngineering Technology.Beijing Norlnal Univel‘sitv Zhuhai.Zhuhai 5I91185 China1 Abstract:The influence州’photocatalstic reduction ol、Cu f II 1 by nanometer TiO2 in suspe ̄lding and under ultraviolet lamp is studied through changing the intensity of radiation.the quait ty ol’TiO: the system oftemperature and glucose The results sl1()、~that Cu(11)is effectively relllO ̄ed by nanofnetcl l'iO2 ttndcr 30O W ultra ̄iolet lamp.and its I'eaction speed is quicker than II 5 W Under controlling the tempm‘attire ofI eaction system in 35 C’,Ihe optimal quantity ot’I-iO,is 3 Illg/L Dosing glucose promnles the photocatalytic reduction eficifency to Cu(II)effectively by TiO:,and Its eficifency illcreases with the increase ol、the allqounl()t ∞ 1引言 纳米半导体的独特性能之‘址圯雠化性。自从l972年 Fujishima和Honda ’先 道J f}j::氰化钛(TiO!)作为催化剂分斛 试水样rI1的Cu(I1)离j 浓悭 Cu(1】) 像 D% 拨卜 汁锥: D =(1一C/C【】)×l00%=(1一A/A【})×1O0% 水制籍氯气II1,,i.j_ 72儿 {f-来, 导体兕催化 坏保方面的 川1 IfJ 剑迅速发展 TiO 催化材料是 1莉最何臆川潜力的 种)l己催 fJC s ̄!J.光照后4 发 t比懒蚀,耐酸碱性 ,化学性顷稳定,埘生 物无毒性:来溉t-7iii:。。。i:能隙较大,产 t-)匕生电子和空 的电 fUf迁高,仃很姒tl的,钣化 H-IU 5 ̄原性I’。“’i。利}f]纳米TiO!作圯fiit{ ̄ 剖 部局限丁titf充 光能化氧化性能,而埘其光催化还原 f乍能的 研究 f}{当缺乏、 、式_fj(’。 永水惮经过光 ii0"的DDTC—Cu溶液} I'J浓 :C表 示水样 过比 时问为t叫的DDT(’.Cu溶液的浓瞍:lA I 永水 _样经过比 前的DDTC—Cu溶液的吸光瞍:A农 水} 光 时问为t州 的DDTC—Cu溶液的_】J互比嫂。 3结果与讨论 3.1/i I.14:高q.i-性发卜TiO 对Cut 11)的上除效粜 溶液 If【I) 始浓度为8 mg/L.纳米P25 TiO 投JJ【 为2 12/L,调 溶液pH=5,先岳以JJJ牛为Il 5 W fl J300 W求灯的光照 下反应,5 min、l0 rain、l5 rain、20 rain、30 rain、40 illin分别取 样后丁4000 r/min离心20 min,收L消液删试吸光』 任 蚧室 件F,比较了,k灯 l15 w和300 W 利 情况卜, 其它条件十l 时,Ctll(I1)的去除 牛。寸} , 1 昕示1. .巾 l¨J】.以行m,J 乏应 300W的紫外灯光fl({卜,j 反煦速 度比 ll 5 W的紫外灯光照}、 其它条件 fl fI ;兄 相同时nIJ内辐射强嫂越人.TiO 刈Cu(II)fJ<j光胜化 凉率越 高,冈为纳术TiO 接收的辐 能 越 ,纳米TiO 价带I。的 r越容 做激技, :f『{『刊时间{~, 卜的比 卜 于越彩,帆他Cut¨) 的捕捉列比,i 电r 破 原效 忱越 并增j星。 紫外光照时卜.乐¨{纳米二钣化钛P25光催化还原唆水 Cu(1I),使得 Cu(1I)峻水得到净化。研究表明,最佳体系pH 为5.0, 体系觅氮 e后Cu(II)离r的)匕催化去除率达到98%, 允空气 达到72%,比小允气分别提高J 34</'ogl 8%…i。 此研 亢 61 .本 越过鼍察圯照射强 、纳、术TiO 的投加培、反廊 体系温瞍的 化、投JJ 【】葡萄糖等进 ‘步研究J 纳米TiO: 紫外比 }i{{时卜对Cut I1)ff )匕僻化还原效果 2材料与方法 1 1 验药品 』伐器 悠网DEGOSA公,d P25 TiO tAR),嘲约 化学试剂仃 公 州制丝(纯懂99.9%)(AR),} 海中翔化学试剂有限公司硫酸(AR), 』 州市尔红化l J (AR),天津i1i人戍化学试剂厂二乙琏:硫 f 馥 甲酸钠(制试制,DDTC)(AR)。天津m人戊化学试制厂筑氧 化钠(AR),支离j 水『I制 722N ¨J'见分 圮 计, [ 渤 精带 :}学仪器有限公用: AL104电r分" 尺、 协特勒一托fiJ彩仪器(上海)有 公 玑 TDL一60B离心机,j 海发亭科学仪器』‘:pHS一3C型pH汁一} 海 ¨岛科 仪器h-l;t ̄公司:SGY-l兕 化反 器,南京斯尔f『】J电气 I几番仃限公司: 1-波长为365 nm, 为l1 5 W、300 W 符刑 紫外线『} 灯.il.i4 ̄j- 明灯泡』一:JB一3彩功能控温磁力搅拌器, 汀苏富华仪器7。 、 :.2吱验装置 僻化 妓 Ⅲ南 斯东}【l』电气哎备付限公训 h 的 SGY-l型光催化反J、 f艾。 化学反 仪 层同心圆筒玻璃容器, 1J放置光源, 外为 冷阱, Ⅱ亘冷却水.石英冷阱 破 离 外龚之 为反心液 2.3 验分折,J’浊 本 验采川 乙 :硫代氨艇f}1腋钠(DDTc)分光光瞍法;!J!JI ) l0 l5 如 25 3I 图l不同辐射强度下TiO:对CutII)的去除效率 Fig。1 The elticiency ofTiO2 to remove the Cu(I1)tinder diferent radiant intensity 叫蹙稿…销】2018-【)l一19 【基金项目】 r尔箭创新强校J:程基金项[](831783)、广东省敦育Jr雨点平台项目(201 5KQNCX213)及北京理l:人学珠海学院质量I"rll建 殳巧 )16003ZL)、(201 7007,1XGG)资助 [作暂简介】黄锦哆3(I978 ).男,江西人.钡l 研究生,讲师.i 甓研究,J向为环境污染防治。 广52 东化工 2018年第5期 第45卷总第367期 WWW.gdchem.com 3.2 TiO 用量对Cu(II)离子光催化还原的影响 悬浮体系中,TiO2投加量对反应效果具有一定的影响,普遍 认为存在一个最佳投加量m,如果投加量小于m,催化效率与投 加晕成正比,高于m时催化效率与投加量成反比【8-1o3。 溶液cu(II)离子初始浓度为8 mg/L,纳米P25 TiO2投加量分 别为0、l、2、3、4、5 g/L,调节溶液pH=5,反应温度控制在 35℃,庄功率为300W汞灯的光照下反心,5 airn、l0 airn、l5 rain、 20 rain、30 min、40 rain分别取样后于4000 r/min离心20 min, 取上清液测试吸光度。 ● ]i 02=3g/I —●广_TiO2=2g/1 化剂表面的电子和空穴分离,提高了重金属离lf对电子的捕获效 率:而且电子给体加入量的多少也直接影响重金属离子光催化还 原效率的高低。本实验以葡萄糖作为捕获剂。 溶液Cu(I1)离子初始浓度为8 mg/L,纳米P25 TiO2投加量为 3 g/L,调节溶液pH=5,反应温度控制住35℃,征功率为300 W 汞灯的光照下反应,5 airn、10 airn、l5 min、20 min、30 min、40 min分别取样后于4000 r/min离心2O min,取上清液测试吸光度。 从图4结果可知,葡萄糖的投加量分别为0、0.1、0.2、0_3、 0.4 g/L时,Cu(II)的光催化去除效率分别可达64%、66%、68%、 70%、79%。表明,加入葡萄糖促进了TiO 对Cu(II)离子光催化 还原效率,且随着葡萄糖量的增加而增大。 8O 70 Ti02=Og/I 45 40 35 30 \ 60 50 辫25 鬏 20 l5 1 0 5 0 斟40 嵌30 20 l0 0 0 5 l0 1 5 20 25 30 35 40 l5 t Ill r/ 图4葡萄糖量对Cu(II)离子光催化还原的影响 图2 TiO2用量对Cu(II)离子光催化还原的影响 Fig-2 The influence of the amount of TiO2 on Cu(II)ion’s photocatalytic reduction Fig.4 The influence of amount of glucose on Cu(II)ion’s photocatalytic reduction 由图2可以看出,TiO2投加量分别为0、l、2、3、4、5 mg/L 时,Cu(II)离子的光催化还原效率分别为0%、14%、17%、45%、 27%、23%。所以本实验状态下TiO2的最佳用量为3 rng/L。TiO! 用量太多则对光源的照射有阻碍作用,使得TiO:的激发受到影 响。 3.3体系温度对光催化反应的影响 根据反应动力学原理,随着温度的增加反应速度加快,即温 度升高,不仅加速正反应的进行,也加速副反应。适当的温度可 以加大激发出来的光生电 的活动性能,降低光生电子与光生空 穴的复合几率,从而使得金属离子能够捕集到更多的光生电子而 被还原。 溶液cu(II)离子初始浓度为8 mg/L,纳米P25 TiO2投加最为 3 g/L,调节溶液pH=5,反应温度分别控制在25℃、35℃、45℃、 55℃.在功率为300 W汞灯的光照下反应,5 min、10 min、l 5 min、 20 min、30 rain、40 min分别取样后于4000 r/min离心20 min, 取上清液测试吸光度。 0.05 0.045 0 04 0 035 重金属捕获光生电子效率大小直接影响光催化还原的效果。 从光催化还原机理来看,有机物电子给体的存往对重金属离子还 原起着促进作用,因其能够被光生空穴直接或间接氧化,加速催 化剂表面的电子和空穴分离,提高了重金属离子对电子的捕获效 率;而且电子给体加入量的多少也直接影响重金属离子光催化还 原效率的高低。 4结论 (1)纳米TiO 催化剂悬浮体系在紫外汞灯照射下能有效地去 除溶液中Cu(II)离子。 (2)反应在300 W的紫外灯光照下,纳水TiO2光催化还原 Cu(11)反应速度比在ll5 w的紫外灯光照下快得多。 (3)本实验状态下TiO2的最佳用量为3 mg/L。TiO2用量太多 则对光源的照射有阻碍作 ,使得TiO:的激发受到影响。 (4)往反应体系中投加葡萄糖能有效促进TiO2埘Cu(II)的光 催化还原效率,且随着葡萄糖量的增加而增人。 参考文献 【1】Fujishima,A.,Honda,K.Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode[J].Nature,1972,238(7):37—38. 【21周忠诚,李浪,李松林,等.纳米二氧化钛薄膜的制备及其光催化性能 …J.塑料助剂,2016(1):29—32. 0 03 ∽ 兽0 025 0 02 0.015 [3]吴爱琴,赵煦曼,沈林时.等.不同有机分子修饰对:氧化钛光降解甲 基橙的影响 .环境工程学报,2017,l1(4):2127—2131. [4】孙美丽,钱海燕,陈京,等.二氧化钛薄膜的制备及光催化性能研究….硅 酸盐通报,2017,36(8):2595—2599. 0.01 0 005 O 0 5 l0 l5 2O 25 30 35 40 t/min f5】,樊少峰,康小华.二氧化钛光催化在现代污染控制中的应用『J1.广 东化工,2017,44(18):l10-l1 l,132. [6】张曼,商俊贤,王艳红,等.微孔。P25复合 氧化钛矿化挥发性有机物 的性能『J].环境工程学报.2017,Il(10):5523 5528. 【7】罗小廷,吴丹,梁嘉良.典型阴离子对纳米二氧化钛征载铁石英砂多扎 介质中迁移行为的影uN[j1.北京久学学报(自然科学版).2017,53(4): 749.757. 图3体系温度变化对Cu(II)离子光催化还原的影响 Fig3 The influence of system temperature on Cu(II)ion’S photocatalytic reduction [8】李金丽,王振红,严雅萌.等.长期暴露 纳米二氧化钛对典型淡水藻 体砷累积与生物转化的影响Ⅲ.环境科学,2Ol7,38(2):832—836. [9]商丹红,8lijI昱丞,张志生.改性 :氧化钛纳米管对水体中磷的吸附lJ1.环 境工程学报,2016,10(3):1322—1327. 3实验结果表明,25℃、35℃、45℃、55℃下纳米二氧 化钛对溶液Cu(II)离l子的光催化还原效果接近,随温度升高略订 增大。但是在具体工程操作中改变反应温度势必会大大增加处理 成本,出于工程的经济性考虑,本实验研究选在35℃进行。 3.4葡萄糖的添加及其用量对Cu(1I)离予光催化还原的影响 重金属捕获光生电予效率大小直接影响光催化还原的效果 『1O] ̄ll会芳,乔建刚,田世超.石墨烯修饰的_I氧化钛纳米管电极光电催 化去除铜氰络台物研究fJ].环境科学与技术,2016,36(6l:2027.2032 【11】黄锦勇。刘国光,张万辉,等.Ti02光催化还原蘑金璃离子的研究进 展【J].环境科学与技术,2008(12):lO4.1O8. 从光催化还原机理来看,有机物电子给体的存在对重金属离子还 原起着促进作用,因其能够被光生空穴直接或间接氧化,加速催 (本文文献格式:黄锦勇,覃铭,王磊,等.Ti0。光催化还原含 Cu(II)废水的实验研究[J].广东化工,2018,45(5):51—52) 

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