多壁碳納米管負載TiO2對氯苯的吸附與光降解作用研究.pdf

1、本研究以甲基橙為模擬污染物,采用溶膠-凝膠法進行了復合光催化劑(MWNTs/TiO2)的優(yōu)化制備,結果表明:在煅燒溫度500℃、煅燒時間3h、溶膠體系pH值為3、固著劑聚苯乙烯磺酸鈉投加量5g/L及L20-40型多壁碳納米管(MWNTs)用量為納米二氧化鈦(TiO2)質量1.5％的工藝條件下制備的復合光催化劑光催化活性最高。由掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn),MWNTs負載納米TiO2后,MWNTs管壁表面包裹著一層厚厚的、分布均勻的納米TiO2,外壁

2、直徑也由20～40nm增粗至60～80nm左右。借助EDX可以看出MWNTs/TiO2中含有Ti、C、O、Na和S幾種元素,其中主要以Ti、O和C元素為主。通過表面分析儀確定純化后MWNTs與優(yōu)化后MWNTs/TLO2的比表面積分別為80.103m2/g和39.610m2/g;MWNTs表面孔徑主要屬于細孔范圍,而MWNTs/TiO2的表面孔徑主要屬于中孔范圍。通過FTIR定性分析表面官能團可知,在純化后MWNTs與優(yōu)化后MWNTs/T

3、iO2的表面均主要存在羥基(-OH)、羰基(-C=O)、羧基(-COOH)等含氧官能團。MWNTs具有較強吸收峰,而MWNTs/TiO2的吸收峰相對來說明顯減少、減弱。
　　 用優(yōu)化后制備的MWNTs/TiO2與納米TiO2對1,2,4-三氯苯進行光催化降解對比實驗,結果發(fā)現(xiàn)此兩種光催化降解均可用一級反應來描述。MWNTs/TiO2對1,2,4-三氯苯的光催化反應速率常數(shù)為0.0196h-1,比納米TiO2提高了63.3％左右。

4、用優(yōu)化后制備的MWNTs/TiO2對甲基橙和1,2,4-三氯苯進行光催化降解對比實驗,結果發(fā)現(xiàn)MWNTs/TiO2對甲基橙和1,2,4-三氯苯的光催化降解反應速率常數(shù)分別為0.0367h-1和0.0196h-1,比納米TiO2分別提高了146％和63.3％左右。在實驗室優(yōu)化條件下制備的復合光催化劑對氯苯類化合物同樣具有較好的光催化降解效果。
　　 用MWNTs及MWNTs/TiO2對三氯苯進行吸附研究對比實驗,結果表明:在相同條

5、件下,MWNTs及MWNTs/TiO2對1,2,3-三氯苯的最大吸附量分別為71.8mg/g和3.0mg/g。MWNTs及MWNTs/TiO2對1,2,3-三氯苯的吸附動力學曲線基本一致,兩種吸附反應均可用假二級動力學方程來描述,其速率常數(shù)分別為0.0836g.mg-1·min-1和0.4159 g·mg-1·min-1,說明MWNTs/TiO2具有更強的吸附驅動力。兩種吸附熱力學均遵循Freundlich方程,且都為自發(fā)吸熱反應。MW

6、NTs及MWNTs/TiO2與三氯苯之間的強吸附作用力是由疏水作用、氫鍵作用和MWNTs及MWNTs/TiO2表面與三氯苯苯環(huán)之間的π電子共軛作用等共同作用的結果,但可能主要是通過π電子共軛作用而實現(xiàn)的。
　　 以典型氯苯類化合物為目標去除物,研究MWNTs/TiO2對其光催化降解及協(xié)同作用,結果表明:MWNTs/TiO2對六氯苯和五氯苯的光催化降解速率常數(shù)分別為0.0664h-1和0.0670h-1,明顯高于其它氯苯類化合物。

7、而1,4-二氯苯的光催化降解反應速率常數(shù)僅為0.0430h-1,在典型氯苯類化合物中最小。典型氯苯類化合物1,2,4-三氯苯、1,2,4,5-四氯苯、五氯苯及六氯苯的主要光催化降解路徑分別為:1,2,4-TCB→1,4-DCB;1,2,4,5-FeCB→1,2,4-TCB→1,4-DCB;PeCB→1,2,4,5-TeCB→1,2,4-TCB→1,4-DCB;HCB→PeCB→1,2,4,5-TeCB→1,2,4-TCB→1,4-DCB

8、。將MWNTs和納米TiO2復合之后,MWNTs/TiO2對1,2,3-TCB的去除效果得到明顯提高,充分體現(xiàn)出其對氯苯類化合物的吸附與光降解協(xié)同作用。溶液中溫度或pH值降低,將有利于MWNTs/TiO2對1,2,3-TCB去除;MWNTs/TiO2投加量增多或紫外光光強增大將提高MWNTs/TiO2對1,2,3-TCB去除率。
　　 因此,利用MWNTs/TiO2對水中氯苯類化合物的吸附與光降解協(xié)同作用,快速、徹底去除該類有機