碳納米管負(fù)載二氧化鈦的制備及其光催化降解制革廢水的研究.pdf

1、TiO2光催化氧化技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型水處理技術(shù)。納米二氧化鈦以催化活性高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐光腐蝕、成本低廉及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而成為倍受人們青睞的光催化材料，幾乎所有的有機(jī)物都可被降解礦化成CO2和H2O小分子物質(zhì)以及相應(yīng)的離子如Clˉ，SO42ˉ，PO43ˉ,NO3ˉ等，無(wú)二次污染。但是由于其量子效率低（不到4％），光電活度小，回收利用困難，對(duì)太陽(yáng)光利用率低等不足，因此，找到合適的途徑，例如通過(guò)TiO2的摻雜改性或制備復(fù)合材料

2、提高催化劑的催化效率，對(duì)實(shí)現(xiàn)光催化降解工業(yè)廢水的工業(yè)化有重要意義。
　　 碳納米管(CarbonNanotube，CNT)擁有極大的比表面積，極高的化學(xué)穩(wěn)定性，納米級(jí)中空管腔結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的電子導(dǎo)體和吸附性能，被認(rèn)為是理想的催化劑載體。故將其作為催化劑TiO2的載體制備復(fù)合材料，降低電子與空穴的復(fù)合幾率，提高催化速率，同時(shí)可提高對(duì)可見(jiàn)光的吸收性能，開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能資源，成為世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。
　　 隨著皮革工業(yè)的快速發(fā)展，

3、制革廢水也一直是工業(yè)廢水處理的難點(diǎn)之一。目前的處理技術(shù)仍然存在一些問(wèn)題，如處理成本高，生化處理時(shí)微生物容易失活，難以將復(fù)雜的高分子有機(jī)物降解為簡(jiǎn)單的低分子物質(zhì)。因此，尋找一種高效的制革廢水處理方法，加強(qiáng)對(duì)制革廢水中的油脂、多元酚類(lèi)大分子物質(zhì)的光催化降解的研究，成為該領(lǐng)域的重要任務(wù)。
　　 本論文以鈦酸丁酯為前驅(qū)體，結(jié)合超聲分散技術(shù)，采用溶膠凝膠法制備出納米TiO2負(fù)載在碳納米管表面的復(fù)合型光催化劑。使用透射電鏡(TEM)觀察復(fù)合

4、材料的形貌及包覆情況，差熱-熱重分析儀(DTA-TG)分析碳納米管及CNT/TiO2復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，X射線粉末衍射儀(XRD)考察復(fù)合材料中TiO2的晶相和粒徑，傅立葉紅外光譜儀(FTIR)考察碳納米管功能化情況及TiO2的特征吸收，紫外-可見(jiàn)漫反射譜分析儀(UV-visreflectionspectroscopy)對(duì)比CNT、純TiO2和CNT/TiO2復(fù)合材料對(duì)可見(jiàn)光的吸收性能。以常見(jiàn)的染料甲基橙為降解物考察所制催化劑的催化活性

5、，探討不同反應(yīng)因素對(duì)催化效果的影響，并以制革廢水中多元酚類(lèi)物質(zhì)的典型代表單寧酸為考察對(duì)象，研究CNT/TiO2復(fù)合材料對(duì)它的降解情況，得出的結(jié)論如下：
　　 (1)以修飾后的碳納米管作為T(mén)iO2的載體制備出CNT/TiO2復(fù)合材料，熱穩(wěn)定性較好，超過(guò)600℃時(shí)碳納米管才開(kāi)始被氧化分解，二氧化鈦緊密包覆在碳納米管表面，TiO2的晶型以銳鈦礦型為主，平均粒徑為15.2nm。復(fù)合材料不但在紫外光區(qū)域有良好的吸收性能，在可見(jiàn)光區(qū)域也有非

6、常好的吸收強(qiáng)度。
　　 (2)在自制的光催化反應(yīng)器中，用甲基橙評(píng)價(jià)制得催化劑的光催化活性。當(dāng)熱處理溫度為450℃，碳納米管負(fù)載量為10(wt)％，催化劑用量為1.2g/L,pH為2時(shí)，CNT/TiO2復(fù)合材料的催化活性最高，達(dá)到92％以上，并且催化劑在重復(fù)使用四次后仍具有較高的催化活性。
　　 (3)在單寧酸初始濃度為2.0g/L，pH為2，催化劑用量為2.0g/L的條件下，與純二氧化鈦相比，CNT/TiO2復(fù)合材料對(duì)單

7、寧酸的降解速率明顯提高，在6小時(shí)內(nèi)就能達(dá)到較好的效果，上述系統(tǒng)基礎(chǔ)上另添加雙氧水對(duì)單寧酸的降解有較大的促進(jìn)作用。
　　 (4)單寧酸的光催化降解行為基本符合Langmuir-Hinshelwood動(dòng)力學(xué)模型，當(dāng)單寧酸濃度較低的時(shí)候(C0≤80mg/L)，反應(yīng)初始速率r0與初始濃度C0呈正相關(guān)，單寧酸的光催化降解符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程；當(dāng)單寧酸的濃度較高的時(shí)候（C0＞80mg/L），r0隨C0的變化趨于平緩，處于一個(gè)穩(wěn)定的降解速率，單