更全的杂志信息网

Fe3O4-xTiO2复合光催化剂的制备及其对染料废水的处理效果

更新时间:2009-03-28

光催化剂是光催化降解废水中有机污染物研究领域的热点之一[1-3]。TiO2作为高活性光催化剂主要缺点是禁带宽度较大,且受激发后产生的电子-空穴对极易再复合,从而降低了其光量子效率;此外,分离和回收粉末状的TiO2光催化剂也是一个昂贵和困难的后处理过程[4]。一些铁的氧化物表现出了半导体特性且禁带宽度较小,具有一定的光反应活性[5]。Fe3O4具有良好的磁性可以很容易地被分离和回收[6],但由于Fe3O4在光化学反应中的光量子效率非常低,很少被作为光催化剂单独应用[7]。有研究者将TiO2结晶在Fe3O4颗粒的表面,制成核壳结构的复合光催化剂,但由于很难形成将Fe3O4全部包覆的完整的TiO2外壳,Fe3O4内核在光催化反应中会发生光溶解现象而导致复合光催化剂失效[8-10]。在Fe3O4内核和TiO2外壳之间设置绝缘层,可阻断光生电子从TiO2流向Fe3O4[11-13],以防止Fe3O4光溶解。但这种多层的核壳结构的复合光催化剂制备过程复杂,生产成本较高。

本研究采用共沉淀法制备了Fe3O4-xTiO2非核壳结构的复合光催化剂。采用XRD、SEM、TEM和UV-Vis DRS等技术对光催化剂进行了表征,并以茜素红为目标降解物,考察了复合光催化剂在太阳光下的光催化性能。

我们在三层交换机上建立VLAN 60与VLAN 70两个网段,并启用路由功能,以保证两个网段的用户可以互连互通.

1 实验部分

1.1 材料、试剂和仪器

TiO2:P25。实验所用试剂均为分析纯。茜素红:外购染料。

KSW-5-12A型马弗炉:常州国华电器有限公司;WFZ-26A型紫外-可见分光光度计:上海精密仪器有限公司;AR1140型分析天平:江苏省荣华仪器制造有限公司;DL-101型电热恒温鼓风干燥箱:南京腾飞干燥设备有限公司; KQ-100型超声波清洗机:济宁市任城区万通超声仪器设备厂;TDL-50B型低速离心机:济南华舜仪器有限公司。

鲁迅的文章,读过很多;鲁迅的故事,听过很多;鲁迅的名言,引用过很多。但当我到了北京鲁迅博物馆之后,还是有很多的发现和很大的震撼。

1.2 复合光催化剂Fe3O4-xTiO2的制备

④定量为主、定性为辅原则。预算项目绩效指标体系建设应当采用定量分析与定性分析相结合的方式,系统反映项目财政投入的产出和效益,以定量为主,定性为辅。其中产出指标应当从数量、质量、成本和时效等方面进行细化,在详细说明指标内容的基础上,用数学语言明确指标值。预算项目效益指标建设方面,首先还是要坚持定量分析与定性分析结合起来进行分析提炼的原则,尽量将项目财政支出所产生的经济效益、社会效益、生态效益等指标值进行量化。同时考虑到水利预算绩效管理所处的阶段,项目业务领域相关统计数据、行业标准、历史标准等数据不健全的现状下,对于无法量化的效益指标,易采用分级分档的形式进行定性表述。

音乐剧中角色的台词、歌词是交代剧情最直接的方式。生活中的语言是自己说的话,舞台上的语言是角色说的话。生活中的语言具有随意性,舞台上的语言具有约束性。生活中是自然形态的语言,舞台上是艺术加工的语言。

2.4.3 TEM

光催化剂的XRD谱图见图4。由图4可见,Fe3O4-0.75TiO2复合光催化剂中的铁氧化物几乎完全是以Fe3O4的形式存在,Fe3O4的强衍射峰表明其具有良好结晶度。由Schemer公式计算,Fe3O4的粒径为14.09 nm。图中2θ为25.04°和62.70°的峰是TiO2的衍射峰。

1.3 光催化剂降解染料实验

在烧杯中加入50 mL质量浓度为100 mg/L的茜素红模拟染料废水和0.5 g复合光催化剂,调节初始溶液pH后,置于太阳光下进行光催化反应,每隔30 min取样,离心分离,取上清液用分光光度计于422 nm 处测其吸光度,计算茜素红去除率。

称取2.375 g Fe2(SO43溶于50 mL去离子水中备用。向三口烧瓶中加入50 mL去离子水,通入N2将空气置换排净后,加入4.75 g FeSO4·7H2O,待其充分溶解后加入配制好的Fe2(SO43溶液,此时溶液中Fe2+与Fe3+的摩尔比为1∶1.9。向溶液中加入一定量的P25,恒温30 ℃,待液体与加入的P25充分混合均匀后,向其中滴加112 mL浓度为1 mol/L的NaOH溶液,溶液由红棕色变为褐色,最终变为黑色。将溶液升温至60 ℃,加入1 mL聚乙二醇-400,熟化60 min得到黑色沉淀物。将黑色沉淀物用去离子水反复洗涤至中性,80 ℃烘干,经研磨后封装备用。

1.4 分析表征

采用PHS-4型智能酸度计(江苏江分电分析仪器有限公司)测定溶液pH。采用RIGAKUD/max-2500/pc 型X射线衍射仪(日本理学公司)对光催化剂进行物相分析。采用S-4800Ⅱ型扫描电子显微镜(日立高新技术公司)观测光催化剂的表面形貌。采用HT7700型透射电子显微镜(日立高新技术公司)对光催化剂的空间结构进行表征。采用UV-2550型紫外-可见漫反射光谱仪(岛津企业管理(中国)有限公司)表征光催化剂的光响应范围。

2 结果与讨论

2.1 TiO2与Fe3O4的质量比对茜素红去除率的影响

在初始溶液pH为5.5的条件下,TiO2与Fe3O4的质量比对茜素红去除率的影响见图1。由图1可见:随着TiO2与Fe3O4质量比的增大,茜素红去除率先增大后减小;当TiO2与Fe3O4的质量比为0.75时,茜素红去除率最高。

  

图1 TiO2与Fe3O4的质量比对茜素红去除率的影响

2.2 初始溶液pH对茜素红去除率的影响

汉藏文献之外,伯希和自藏经洞还获得一定数量的回鹘文、粟特文和梵文文献,其中有24号回鹘文写本、30号粟特文写本和13号梵文佛教文献。综上,法国国立图书馆藏汉文文献4000多件,藏文文献近4000件,其他还有粟特、回鹘、龟兹、于阗、梵文文献等接近百件。

2.3 光催化剂的光催化活性比较

相同加入量的不同光催化剂的茜素红去除率见图3。由图3可见:反应120 min时,Fe3O4、TiO2、Fe3O4和TiO2的机械混合物(Fe3O4+0.75TiO2)以及复合光催化剂Fe3O4-0.75TiO2的茜素红去除率分别为65.08%、85.19%、88.36% 和100%,复合光催化剂Fe3O4-0.75TiO2的光催化活性最高。由图3还可见,复合光催化剂Fe3O4-0.75TiO2的茜素红去除速率最快,反应60 min时茜素红去除率就达到88.67%。

  

图2 初始溶液 pH对茜素红去除率的影响

  

图3 相同加入量的不同光催化剂的茜素红去除率

光催化剂的SEM照片见图5。

在Fe3O4-0.75TiO2光催化体系中,由于Fe3O4与TiO2紧密接触,TiO2受光激发后产生的光电子很容易转移到Fe3O4上而被Fe3+所俘获,Fe3+俘获光电子后变成Fe2+,且离子半径随之增大,极易从Fe3O4上脱落,造成Fe3O4-0.75TiO2催化剂光溶解[13-15]。由于Fe3O4的光溶解消耗了部分光电子,促进了TiO2光生电子-空穴对的分离,使得催化剂表面上有更多的正电荷(空穴)用来降解溶液中的茜素红。

在Fe3O4+0.75TiO2光催化体系中,TiO2的光生电子通过Fe3O4粒子与TiO2粒子间的碰撞也可以转移给Fe3O4并被Fe3+俘获,导致Fe3O4的光溶解,促进TiO2光生电子-空穴对的分离。但是,由于Fe3O4在溶液中具有遮光性,使TiO2接受的太阳光相对减少,受激发产生的电子-空穴对也相应减少。所以,机械混合物Fe3O4+0.75TiO2体系的光催化效果好于TiO2,但不如Fe3O4-0.75TiO2复合光催化剂。

2.4 光催化剂的表征结果

2.4.1 XRD

(1) {{1,2,5},{1,2,6}}中一个子集,{{1,3,5},{1,3,6}}中一个子集和{{2,3,5},{2,3,6}}中一个子集都是Y中顶点的色集合,可得1,2,C(ui), i=1,2,…,10,从而每个C(ui)只能是以下集合之一:{1,2,3,4,5},{1,2,3,4,6},{1,2,3,4,5,6},得出矛盾。

采用Fe3O4-0.75TiO2复合光催化剂,初始溶液pH对茜素红去除率的影响见图2。由图2可见:随着初始溶液pH的升高,茜素红去除率逐渐降低;当初始溶液pH为3.0时,茜素红去除率最高,光催化反应120 min后,茜素红去除率为100%。

  

图4 光催化剂的XRD谱图

2.4.2 SEM

为了探讨茜素红在各催化体系中的去除机理,进行了吸附实验。在Fe3O4、TiO2、Fe3O4+0.75TiO2和Fe3O4-0.75TiO2催化体系中,经过120 min暗吸附后,茜素红去除率分别为59.51%、60.78%、82.54%和82.11%。比较茜素红的吸附去除率与光催化去除率可知,在Fe3O4光催化体系中,茜素红主要是被吸附在Fe3O4表面,并没有被降解,只有在含有TiO2的光催化体系中,茜素红才能被TiO2产生的电子-空穴对引发的反应所降解。

叙词表是将自然语言描述的概念转换成规范化语言的术语控制工具,是概括各门或某一学科领域知识的术语模型,由语义上相互关联的术语构成。国家于2003年由测绘出版社出版了《测绘学叙词表》。《测绘学叙词表》是一部显示测绘主题词和词间语义关系的规范化、动态性的检索语言词表(又称检索词典)。其中的叙词款目是基本结构单元,收录了由汉语拼音、款目叙词、英文译名、分类号和各种相关项组成的,共约3000个词条,并按照属性等级划分为“Y”(用)、“D”(代)、“F”(分)、“s”(属)、“Z”(族)、“C”(参)六个项目[6],方便检索和查询。

  

图5 光催化剂的SEM照片

 

a TiO2;b Fe3O4;c Fe3O4-0.75TiO2

由图5a和图5b可见,TiO2和Fe3O4的平均粒径约为10~20nm。由图5c可见,Fe3O4-0.75TiO2复合光催化剂的粒径略大于TiO2和Fe3O4,可能是由许多细小的TiO2和Fe3O4微粒团聚而成,而不是核壳结构。

按照上述方法制备出不同TiO2与Fe3O4质量比的复合光催化剂,标记为Fe3O4-xTiO2x表示TiO2与Fe3O4的质量比。

光催化剂的TEM照片见图6。

  

图6 光催化剂的TEM照片

 

a TiO2;b Fe3O4;c Fe3O4-0.75TiO2

由图6可见,Fe3O4-0.75TiO2复合光催化剂不是以Fe3O4为中心、TiO2为外壳的结构,而是两者的聚集体。这可能是因为逐滴滴加NaOH溶液的过程中形成的Fe3O4纳米颗粒很小,与TiO2纳米颗粒由于库仑静电力的作用相互依附在一起,形成了复合光催化剂。

2.4.4 UV-Vis DRS

光催化剂的UV-Vis DRS谱图见图7。由图7可见:TiO2在紫外光区有强烈的吸收,但在可见光区几乎没有吸收;Fe3O4则从紫外光区到可见光区均表现出了很强的吸收;Fe3O4的负载明显增强了TiO2在紫外光区的吸收强度,说明Fe3O4-0.75TiO2复合光催化剂比TiO2更易被紫外光激发。同时Fe3O4-0.75TiO2复合催化剂的吸收带边发生明显的“红移”,扩展了TiO2的光谱响应范围,提高了可见光利用率。

  

图 7 光催化剂的UV-Vis DRS谱图

2.5 复合光催化剂的活性稳定性

Fe3O4-0.75TiO2复合光催化剂重复使用5次的茜素红去除率见图8。由图8可见,Fe3O4-0.75TiO2复合催化剂重复使用5次后茜素红去除率几乎没有下降,表明Fe3O4-0.75TiO2复合催化剂的活性稳定性极佳。

  

图8 Fe3O4-0.75TiO2复合催化剂重复使用5次的茜素红去除率

3 结论

a)采用共沉淀法制备的复合光催化剂Fe3O4-xTiO2中,当TiO2与Fe3O4的质量比为0.75时,茜素红去除率最高。当初始溶液pH为3.0时,茜素红去除率最高,光催化反应 120 min后,茜素红去除率为100%。

b)Fe3O4-0.75TiO2复合光催化剂不是核壳的结构,而是Fe3O4和TiO2的聚集体。Fe3O4-0.75TiO2复合光催化剂比TiO2更易被紫外光激发,其吸收带边发生明显的“红移”,扩展了TiO2的光谱响应范围,提高了可见光利用率。

一是学习不足。医院管理人员多从临床医务工作者中选拔,临床业务技能强,但在管理专业知识方面却相对薄弱,加之医院管理的特殊性,不少干部均为“双肩挑”,学习中埋头拉车而疏于抬头看路,重业务、轻管理的现象客观存在,需要平衡临床业务与管理投入。

c)Fe3O4-0.75TiO2复合光催化剂重复使用5次后茜素红去除率几乎没有下降,表明Fe3O4-0.75TiO2复合光催化剂的活性稳定性极佳。

参考文献

[1]AI Z H, ZHU L L, LEE S C . NO treated TiO2 as an efficient visible light photocatalyst for NO removal[J].J Hazard Mater,2011,192(1):361 - 367.

[2]胡秀虹,汤承浩,吴林冬,等. Zr掺杂TiO2介孔材料光催化降解头孢氨苄[J]. 化工环保,2017,37(4):460 - 465.

[3]杜聪聪,李石. PANI-TiO2光催化剂的制备及其降解甲基橙的性能[J]. 化工环保,2016,36(1):26 - 29.

[4]WANG S H,ZHOU S Q.Titania deposited on soft magnetic activated carbon as a magnetically separablephotocatalyst with enhanced activity [J]. Appl Surf Sci,2010,256(21):6191 - 6198.

[5]WANG Y,LIU C S,LI F B. Photodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbon pyrene byiron oxide in solid phase[J]. J Hazard Mater,2009,162(2/3):716 - 723.

[6]NIU H Y,ZHANG D,ZHANG S X. Humic acid coated Fe3O4 magnetic nanoparticles as highly efficient Fenton-like catalyst for complete mineralization of sulfathiazole [J]. J Hazard Mater,2011,190(1/3):559 - 565.

[7]BELESSI V,LAMBROPOULOU D,KONATANTINOU I. Structure and photocatalytic performance of magnetically separable titaniaphotocatalysts for the degradation of propachlor[J]. Appl Catal B:Environ,2009,87(3/4):181 - 189.

[8]YUAN Q,LI N,GENG W C,et al. Preparation of magnetically recoverable Fe3O4@SiO2@meso-TiO2 nanocomposites with enhanced photocatalytic ability[J].Mater Res Bull,2012,47(9):2396 - 2402.

[9]AO Y H,XU J J,SHEN X W,et al. Magnetically separable composite photocatalyst with enhanced photocatalytic activity[J]. J Hazard Mater,2008,160(2/3):295 - 300.

[10]SHI X M,NGUYEN T A,SUO Z Y,et al. Effect of nanoparticles on the anticorrosion and mechanical properties of epoxy coating[J]. Surf Coat Technol,2009,204(3):237 - 245.

[11]BEYDOUN D,AMAL R,LOW G,et al. Occurrence and prevention of photodissolution at the phase junction of magnetite and titanium dioxide[J]. J Mol Catal A:Chem,2002,180(1/2):193 - 200.

[12]MAKOVEC D,SAJKO M,SELIŠNIK A.Magnetically recoverable photocatalytic nanocomposite particles for water treatment[J]. Mater Chem Phys,2011,129(1/2):83 - 89.

[13]JING J Y,LI J. Photodegradation of quinoline in water over magnetically separable Fe3O4/TiO2composite photocatalysts[J]. Chem Eng J,2013,219(3):355 - 360.

[14]DI PAOLA A,GARCÍA-LÓPEZ E,MARCÌ G. A survey of photocatalytic materials for environmental remediation[J]. J Hazard Mater,2012,211/212(2):3 -29.

[15]WU Y,ZHANG J,XIAO L,et al. Properties of carbon and iron modified TiO2 photocatalyst synthesized at low temperature and photodegradation of acid orange 7 under visible light[J]. Appl Surf Sci,2010,256(13):4260 - 4268.

 
饶砚迪,盛义平,刘琦,周学凤,王瑞,贡丽楠
《化工环保》 2018年第02期
《化工环保》2018年第02期文献

服务严谨可靠 7×14小时在线支持 支持宝特邀商家 不满意退款

本站非杂志社官网,上千家国家级期刊、省级期刊、北大核心、南大核心、专业的职称论文发表网站。
职称论文发表、杂志论文发表、期刊征稿、期刊投稿,论文发表指导正规机构。是您首选最可靠,最快速的期刊论文发表网站。
免责声明:本网站部分资源、信息来源于网络,完全免费共享,仅供学习和研究使用,版权和著作权归原作者所有
如有不愿意被转载的情况,请通知我们删除已转载的信息 粤ICP备2023046998号