二氧化鈦薄膜光電催化法處理難降解有機(jī)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(gè)全球性的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，在處理污染有機(jī)物的方法中，光催化氧化技術(shù)具有簡(jiǎn)單易行、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、無(wú)二次污染等特點(diǎn)，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(yáng)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(mén)。作為綠色環(huán)保型催化劑的TiO2，具有高活性、安全無(wú)毒、價(jià)廉、無(wú)污染、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。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(jìn)展

2、，概括了影響光電催化氧化反應(yīng)的各個(gè)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(duì)難降解有機(jī)廢水—苯酚進(jìn)行了光電催化性能的研究，結(jié)果表明固定態(tài)TiO2薄膜對(duì)難降解有機(jī)廢水確實(shí)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(kāi)發(fā)的課題項(xiàng)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(duì)其進(jìn)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(yáng)極)，鈦片為對(duì)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(jī)污染物之一—苯酚作為降解對(duì)象，對(duì)其在固定態(tài)TiO2薄膜上的光電催化降解進(jìn)行了研究?？疾炝送饧与妷?、溶液的初始pH值、光強(qiáng)、降解溶液的初始濃度等因素對(duì)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(lái)抑制電子-空穴對(duì)的復(fù)合。 本文采用分光光度法測(cè)定試樣降解過(guò)程的濃度；由于碳是有機(jī)物的基本元素，所以總有機(jī)碳法(TOC)能更好地掌握有機(jī)物的絕對(duì)量，比傳統(tǒng)的COD法更準(zhǔn)確，故本試驗(yàn)中采用總碳分析儀來(lái)測(cè)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(jiān)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(diǎn)，適宜制備TiO2介質(zhì)薄

5、膜。常溫下制得的薄膜為無(wú)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(dá)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(guò)程則無(wú)法達(dá)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(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程。當(dāng)光催

6、化和電催化同時(shí)作用于TiO2薄膜上，可大大提高苯酚的降解效率，遠(yuǎn)比單一條件作用時(shí)的降解效果要好。 外加偏壓只需加在陽(yáng)極，并且提高外加陽(yáng)極偏壓、光強(qiáng)、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(shí)Fe3+的濃度也降低了，由此可看出光電催化法對(duì)于既含有有機(jī)污染物又含有無(wú)機(jī)污染物的廢水的處理將具有深遠(yuǎn)的意義。 TiO2和F