两种活性炭负载型TiO_2光催化剂对腐殖酸的光催化降解特征

【摘要】：腐殖酸(HA)是广泛存在于水体中的主要污染物质。自20世纪70年代开始,去除天然水体中的腐殖酸的方法逐渐从生物处理、化学处理、热处理、催化氧化和相转移等传统化学氧化方法发展到以光催化氧化为主的高级氧化技术。二氧化钛(TiO2)凭借其无毒、无腐蚀性、催化能力强、化学稳定性好、可重复利用等优点在众多光催化剂中脱颖而出,已经成为当前最具发展潜力的催化剂。然而TiO2粉末催化剂存在反应后分离较困难且低浓度下污染物分子与TiO2的碰撞率很低,光生电子-空穴复合率高,反应速率较慢等缺点限制了TiO2的工业化推广。为此本文采用溶胶-凝胶方法和超声辅助溶剂挥发自组技术制得TiO2/AC负载型光催化剂。研究了改性的TiO2/AC负载型光催化剂对腐殖酸的吸附、光催化活性。通过一系列的实验研究与分析,本课题取得了如下研究成果:(1)采用溶胶-凝胶方法和超声辅助溶剂挥发自组技术制得了TiO2/AC负载型光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)等手段对光催化剂的组成、结构、尺寸等特征进行了表征。结果表明:活性炭(AC)可提高二氧化钛(TiO2)分散性能,降低TiO2团聚体的尺寸,TiO2与AC接触界面处有Ti-O-C键生成。表面活性剂改性的TiO2/AC催化剂具有更多的孔道结构,更大的比表面积,这有利于提高光催化性能。(2)对腐殖酸UV254降解动力学研究表明,腐殖酸光催化降解的UV254值遵循一级反应动力学规律,可以用修改的L-H模型进行描述。腐殖酸光催化降解的光谱特征表明:改性后的催化剂投加量为1g/L、反应8h可使腐殖酸分子量的降低量为97.8%,而加入表面活性剂改性的催化剂对腐殖酸分子量的降低量可达98.1%。相同条件下,改性后催化剂使腐殖酸芳香度降低量比未改性TiO2提高了1.9倍,而加入表面活性剂改性的催化剂则相比未改性TiO2提高了2.4倍。(3)阳离子表面活性剂CTAB对光催化降解腐殖酸有抑制作用,在表面活性剂CTAB浓度低于临界胶体浓度时,随着浓度的增加,其抑制作用越明显,即光催化效率越低,但当表面活性剂的浓度高于临界胶体浓度时,其抑制效果会减弱,但仍具有抑制的效果。(4)不同初始浓度的腐殖酸自身光解速率方程可用(?)表示。吸附试验中,腐殖酸的去除率随着溶液浓度的增大而减小,但是相应的复合催化剂对腐殖酸的吸附量却逐渐增加。腐殖酸在两种复合催化剂表面的吸附过程可以用Langmuir和Freundlich吸附方程来拟合。