纳米 TiO2 对甲基橙的吸附及光催化降解

第30卷第6期

2003年北京化工大学学报

JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFCHEMICALTECHNOLOGY

Vol.30,No.6

2003

纳米TiO2对甲基橙的吸附及光催化降解

赵晓兰　张　鹏3　徐瑞芬　胡伟康

(北京化工大学化学工程学院,北京　100029)

摘　要:采用新型氯化法制备纳米TiO2,研究了纳米TiO2悬浆体系对甲基橙溶液的降解脱色情况。研究表明,自制纳米TiO2对甲基橙具有良好的吸附性,避光暗处也能够对甲基橙得到部分降解作用。考察了避光及不同光源照射下纳米TiO2对甲基橙的脱色情况,并在160W汞灯照射下,对甲基橙溶液初始浓度、催化剂投加量、反应时间和反应温度对甲基橙溶液的降解脱色速率的影响情况进行了研究。结果表明,光源对甲基橙的降解脱色速率影响不大;纳米TiO2投加量为510～1310g/L时,对100～400mg/L的甲基橙溶液可达到良好的脱色效果;常温情况下纳米TiO2投加量为13g/L时,与100mg/L的甲基橙溶液反应30min,在160W汞灯照射下甲基橙脱色率可达

9111%,避光暗处脱色率可达8619%。

关键词:光催化;纳米TiO2;甲基橙中图分类号:O643132

引　言

光催化氧化法对处理生物难降解的工业废水是一项极具发展前景的新技术,与传统的水处理技术相比具有节能、高效、污染物降解彻底等优点,成为目前水处理的研究热点[1]。TiO2作为一种光催化剂,因具有高活性、安全、廉价、无污染等特点而成为最具有前途的绿色环保型催化剂之一[2]。TiO2半导体的禁带能为312eV,被387nm以下的紫外光激发后,可在导带和价带中分别产生电子和空穴对,空穴有很强的氧化能力,几乎可以将全部有机物矿化生成CO2和水,而光生电子则可与TiO2表面吸附的O2反应生成一些活性氧类(O2-,HOO・或・OH),这些活性氧类也可以进攻有机物,导致其发生降解和矿化[3]。过去的大量研究主要集中于用紫外光照射有机污染物的光催化降解,而使用紫外光存在耗电量大,价格昂贵等局限,且太阳光中只有低于5%的紫外光。因此尝试采用价格便宜、成本低廉的

染料废水是目前难降解的工业废水之一,其毒性大,色泽深,严重危害了生态环境。甲基橙这种较

难降解的有色化合物,在酸性和碱性条件下的偶氮和醌式结构是染料化合物的主体结构,选择其作为染料模型化合物,具有一定的代表性。本文考察了甲基橙溶液在纳米TiO2粉末悬浮体系内的降解脱色情况。

1　实验部分

111　试剂与仪器

本实验所用的纳米TiO2是以四氯化钛为原料采用亚稳态氯化法制备工艺,经过溶胶-凝胶、过滤洗涤、真空干燥和高温煅烧等过程,制得了纳米TiO2初产品,然后经表面包覆处理,获得分散稳定

的纳米TiO2成品。该纳米TiO2晶相组成90%为金红石型,比表面积为(50±10)m2/g,平均粒径为24nm;甲基橙(分析纯);实验用水为去离子水。160W自镇流荧光高压汞灯(北京华特光电器材厂);722光栅分光光度计(上海精密科学仪器有

可见光或直接利用太阳光来处理环境污染物,这对环境保护和节能具有极其重要的意义。

收稿日期:2003204211

基金项目:北京市纳米粉体及应用技术研究项目资助

(H[1**********]2)第一作者:女,1977年生,硕士生3通讯联系人

E2mail:[email protected]

限公司);800B离心机(上海安亭科学仪器厂);SHJ2A水浴恒温磁力搅拌器(金坛市华峰仪器有限公司)。

112　试样分析及数据处理

甲基橙分析采用分光光度法,甲基橙最大吸收波长为490nm[4],在该波长下用722光栅分光光度计以去离子水作参比,测得甲基橙溶液在0～15

第6期　　　　　　　　　　　　赵晓兰等:纳米TiO2对甲基橙的吸附及光催化降解・11・

mg/L范围内其吸光度与浓度呈很好的线性关系,

因此,反应前后甲基橙溶液浓度变化可通过采用分光光度计测定反应前后溶液在490nm处的吸光度来计算。试样的脱色率D以下式计算

D=(ρ0-ρ)/ρ0×

100%(1)

式中:ρ0为甲基橙溶液的初始质量浓度(mg/L);ρ为反应结束后甲基橙溶液的浓度(mg/L);反应时间为t时单位纳米TiO2对甲基橙的吸附降解量qt以下式来计算

qt=(ρ0-ρ

)×V/m(2)

式中:V为反应时甲基橙溶液的体积(L);m为投

加的催化剂纳米TiO2质量(g);热脱附实验中与qt相对应的由单位纳米TiO2脱出的甲基橙量Qt以下式计算

3i

Vi

)

Q∑(ρ×t=

m

(3)

式中:ρi为第i次热脱附后脱附液中甲基橙的质量浓度(mg/L);Vi为第i次热脱附所用的去离子水体积(L)。113　实验方法

光催化实验是在磁力搅拌的作用下通过汞灯照射纳米TiO2和甲基橙的悬浮液进行的。具体过程是:称取一定量的纳米TiO2,量取50mL一定浓度的甲基橙溶液(溶液pH值为其自然值614～617)于烧杯中,再放入磁子,将烧杯置于水浴恒温磁力搅拌器内进行光催化反应。一定时间后,结束反应,为了消除纳米TiO2对测试的影响,先对试样进行离心沉降,然后再用分光光度计测其吸光度,计算脱色率。

2　结果与讨论

211　避光暗处纳米TiO2对甲基橙的脱色实验

整个实验在暗室中进行,纳米TiO2对甲基橙的脱色是在水浴恒温磁力搅拌器内进行的,该搅拌器的封闭金属外壳将可见光隔绝。具体实验过程是:

称取01250g纳米TiO2,量取50mL不同浓度的甲基橙溶液于100mL带塞锥形瓶中,再放入磁子,然后将锥形瓶置于水浴恒温磁力搅拌器内于20℃进

行反应。一定时间后,停止搅拌,对试样进行离心沉降,再用分光光度计测其上清液的吸光度,计算溶液浓度变化。为了进一步研究确定自制纳米TiO2对甲基橙的脱色是因吸附作用还是因降解作用引起的,进行等温热脱附实验。该实验是用100mL去离

子水对离心后所得的纳米TiO2进行回收,并在水浴

恒温磁力搅拌器内于80℃避光搅拌40min,然后离心,再用分光光度计测定脱附上清液的吸光度,如此反复进行三次,至所测上清液的吸光度A

图1　甲基橙的吸附降解量与脱附量的对比图

Fig.1　Comparisonbetweentheadsorbtionanddegradation

ofmethylorangeanddesorbtionofmethylorange

212　光源对甲基橙脱色的影响

光源对于光催化效率有着重要的影响作用[5],分别在160W高压汞灯、15W紫外灯和室内自然光照射下以及在避光暗处,考察纳米TiO2对初始浓度分别为100,50mg/L甲基橙溶液的降解脱色情况,具体实验条件为催化剂质量浓度为13g/L,反应时间30min,实验结果如图2所示,光源对甲基橙的脱色速率影响不是很大,在紫外灯的照射下甲基橙的脱色率只略高于避光的情况,这主要由于在避光暗处自制纳米TiO2也能够对甲基橙起到部分降解作用。

213　催化剂用量的影响

160W高压汞灯的照射下,首先进行了不加催

化剂和以普通TiO2为催化剂的对比试验。实验结果表明,在180min内甲基橙浓度几乎保持不变,说

・12・北京化工大学学报　　　　　　　　　　　　　　　　　2003年

图2　光源对甲基橙脱色率的影响

Fig.2　Effectoflightsourceonthedecolorization

rateofmethylorange

明无催化剂存在和以普通TiO2为催化剂时,甲基橙

溶液几乎不发生降解反应。考察纳米TiO2的投加量在310～2110g/L范围内,其他条件相同的情况下,催化剂用量对甲基橙溶液的脱色率影响。具体实验条件为:甲基橙初始浓度为50mg/L,反应时间60min,温度为15℃。结果如图3所示。催化剂投加量较小时,脱色率较低;随着催化剂量的加大,甲基橙溶液的脱色率增加,当催化剂投加量增加到1310g/L以上,脱色率增加不明显。显然,催化剂的适宜投加量为510～1310g/L

。

图3　催化剂用量对甲基橙脱色率的影响

Fig.3　Effectofcatalystamountonthedecolorization

rateofmethylorange

214　反应时间的影响

考察在160W高压汞灯照射下,催化剂投加量

分别为510,710,910和1310g/L时,反应时间t对初始浓度为50mg/L的甲基橙溶液脱色的影响作用,见图4。可看出反应30min纳米TiO2就会对甲基橙溶液有着很好的脱色效果,延长反应时间脱色率并没有明显增加,所以采用该纳米TiO2对甲基橙能够进行高效脱色

。

图4　反应时间对甲基橙脱色率的影响

Fig.4　Effectofreactiontimeonthedecolorization

rateofmethylorange

215　初始浓度的影响

配制一系列不同浓度的甲基橙溶液,在160W高压汞灯照射下,考察纳米TiO2对不同初始浓度甲基橙溶液的降解脱色情况。具体实验条件为:催化剂投加量13g/L,反应时间30min,温度10℃。实验结果如图5所示。由图5中可看到,该纳米TiO2作用30min对于不同初始浓度的甲基橙溶液都具有一定的降解脱色作用,且对在100～400mg/L较高浓度范围的甲基橙溶液脱色率可达到8510%以上,明显优于对低浓度甲基橙溶液的处理效果

。

图5　初始浓度对脱色率的影响

Fig.5　Effectofinitialconcentrationofsolution

onthedecoloriztionrateofmethylorange

216　温度的影响

本实验中以100mg/L的甲基橙溶液为研究对象,考察了温度分别为0,12,30,60℃时,纳米TiO2对甲基橙处理不同时间后的降解脱色情况(其中催化剂质量浓度为13g/L),实验结果表明,温度对该纳米TiO2对甲基橙的脱色的影响不容忽视。结果如图6所示。可看出,在0℃时纳米TiO2对甲基橙溶液的降解脱色效果显然要较12,30和60℃时好,随着温度的增加甲基橙的脱色率呈降低的趋势,因此在常温或更低的温度下有利于纳米TiO2对甲基橙溶液的降解脱色。由于温度对吸附过程有着重要

第6期　　　　　　　　　　　　赵晓兰等:纳米TiO2对甲基橙的吸附及光催化降解・13・

　　(3)自制纳米TiO2对于100～400mg/L质量

浓度范围的甲基橙溶液的降解脱色效果显著,为处理较高浓度的染料废水提供了一种高效的方法。由反应时间、溶液初始浓度及反应温度对甲基橙的降解脱色速率影响情况均可看出,吸附是一关键步骤,纳米TiO2首先对甲基橙进行吸附,然后再对吸附的甲基橙进行降解。

(4)本文实验条件下的适宜运行参数为:催化剂投加量为510～1310g/L,甲基橙溶液初始质量浓度为100～400mg/L,反应时间30min,温度0～30℃。对于初始质量浓度为200mg/L的甲基橙溶

图6　温度对甲基橙溶液降解脱色率的影响

Fig.6　Effectoftemperatureondecolorizationrate

ofmethylorange

的影响作用,所以吸附过程可能是该纳米TiO2对甲

基橙降解过程中的一个关键步骤。

液,在160W高压汞灯的照射下,反应30min脱色率可达9413%。

参

考

文

献

3　结　论

(1)采用悬浆体系,利用该纳米TiO2在避光暗

[1]　AmyL,Linsebigler,LuGQ,etal.Photocatalysison

TiO2surfaces:Principles,mechanismsandselectedresults[J].ChemRev,1995,95(3):735-758

[2]　李晓蛾,祖　庸.纳米TiO2光催化氧化机理及应用

[J].化工进展,1999(4):35-37

[3]　张音波,余煜棉,刘千钧.多相光催化降解染料废水的

处就可对甲基橙溶液达到良好的脱色效果,其脱色并不是完全由于纳米TiO2对甲基橙的吸附作用而引起的,还存在对甲基橙的部分降解作用。

(2)在避光暗处和自然光照射下,利用该纳米TiO2都能对甲基橙溶液起到良好的降解脱色作用,

研究进展[J].工业水处理,2001(12):1-4

[4]　王怡中,府　雁,汤鸿霄.甲基橙溶液多相光催化降解

从而可避免使用成本高,能耗大的人造光源进行反

应,降低了运行费用,且对反应器的设计难度也相应的降低,从而更加有利于该技术实现工业化。　　

研究[J].环境科学,1998,19(1):1-4

[5]　王怡中,府　雁.多相光催化反应中太阳光与电光源

效率比较[J].太阳能学报,1998,19(1):36-39

Adsorptionandphotocatalyticdegradationofmethyl

orangebyTiO2nanoparticales

ZhaoXiao2lan　ZhangPeng　XuRui2fen　HuWei2kang

(CollegeofChemicalEngineering,BeijingUniversityofChemicalTechnology,Beijing100029,China)

Abstract:TiO2nanoparticaleswerepreparedbyanovelchlorinationtechnology,andthedecolorizationofmethyl

orange(MO)innano2TiO2aqueousslurrieswasstudied.Theresearchindicatesthatthenano2TiO2hasagoodadsorbabilityforMO,andinthedarkitpresentssomeeffectsonthedegradationofMO.Theeffectsofthelightsource,catalystamount,initialconcentrationofsolution,reactiontimeandthesolutiontemperatureonthedegradationrateofmethylorangewereinvestigatedindetail.Theresultsindicatethatwhenthemassconcentra2tionofnano2TiO2isbetween510g/Land1310g/L,methylorange(100～400mg/L)canbedegradedeffective2ly,andthelightsourceshowslittleinfluenceonthedecolorizationrateatnormaltemperature.WhentheinitialconcentrationofMOis100mg/L,thesolutioncolorremovalachieved9111%in30minutesofirradiation,andinthedarkafter30minreactionthesolutioncolorremovalachieved8619%.Keywords:photocatalysis;TiO2nanoparticales;methylorange

(责任编辑　云志学)

第30卷第6期

2003年北京化工大学学报

JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFCHEMICALTECHNOLOGY

Vol.30,No.6

2003

纳米TiO2对甲基橙的吸附及光催化降解

赵晓兰　张　鹏3　徐瑞芬　胡伟康

(北京化工大学化学工程学院,北京　100029)

摘　要:采用新型氯化法制备纳米TiO2,研究了纳米TiO2悬浆体系对甲基橙溶液的降解脱色情况。研究表明,自制纳米TiO2对甲基橙具有良好的吸附性,避光暗处也能够对甲基橙得到部分降解作用。考察了避光及不同光源照射下纳米TiO2对甲基橙的脱色情况,并在160W汞灯照射下,对甲基橙溶液初始浓度、催化剂投加量、反应时间和反应温度对甲基橙溶液的降解脱色速率的影响情况进行了研究。结果表明,光源对甲基橙的降解脱色速率影响不大;纳米TiO2投加量为510～1310g/L时,对100～400mg/L的甲基橙溶液可达到良好的脱色效果;常温情况下纳米TiO2投加量为13g/L时,与100mg/L的甲基橙溶液反应30min,在160W汞灯照射下甲基橙脱色率可达

9111%,避光暗处脱色率可达8619%。

关键词:光催化;纳米TiO2;甲基橙中图分类号:O643132

引　言

光催化氧化法对处理生物难降解的工业废水是一项极具发展前景的新技术,与传统的水处理技术相比具有节能、高效、污染物降解彻底等优点,成为目前水处理的研究热点[1]。TiO2作为一种光催化剂,因具有高活性、安全、廉价、无污染等特点而成为最具有前途的绿色环保型催化剂之一[2]。TiO2半导体的禁带能为312eV,被387nm以下的紫外光激发后,可在导带和价带中分别产生电子和空穴对,空穴有很强的氧化能力,几乎可以将全部有机物矿化生成CO2和水,而光生电子则可与TiO2表面吸附的O2反应生成一些活性氧类(O2-,HOO・或・OH),这些活性氧类也可以进攻有机物,导致其发生降解和矿化[3]。过去的大量研究主要集中于用紫外光照射有机污染物的光催化降解,而使用紫外光存在耗电量大,价格昂贵等局限,且太阳光中只有低于5%的紫外光。因此尝试采用价格便宜、成本低廉的

染料废水是目前难降解的工业废水之一,其毒性大,色泽深,严重危害了生态环境。甲基橙这种较

难降解的有色化合物,在酸性和碱性条件下的偶氮和醌式结构是染料化合物的主体结构,选择其作为染料模型化合物,具有一定的代表性。本文考察了甲基橙溶液在纳米TiO2粉末悬浮体系内的降解脱色情况。

1　实验部分

111　试剂与仪器

本实验所用的纳米TiO2是以四氯化钛为原料采用亚稳态氯化法制备工艺,经过溶胶-凝胶、过滤洗涤、真空干燥和高温煅烧等过程,制得了纳米TiO2初产品,然后经表面包覆处理,获得分散稳定

的纳米TiO2成品。该纳米TiO2晶相组成90%为金红石型,比表面积为(50±10)m2/g,平均粒径为24nm;甲基橙(分析纯);实验用水为去离子水。160W自镇流荧光高压汞灯(北京华特光电器材厂);722光栅分光光度计(上海精密科学仪器有

可见光或直接利用太阳光来处理环境污染物,这对环境保护和节能具有极其重要的意义。

收稿日期:2003204211

基金项目:北京市纳米粉体及应用技术研究项目资助

(H[1**********]2)第一作者:女,1977年生,硕士生3通讯联系人

E2mail:[email protected]

限公司);800B离心机(上海安亭科学仪器厂);SHJ2A水浴恒温磁力搅拌器(金坛市华峰仪器有限公司)。

112　试样分析及数据处理

甲基橙分析采用分光光度法,甲基橙最大吸收波长为490nm[4],在该波长下用722光栅分光光度计以去离子水作参比,测得甲基橙溶液在0～15

第6期　　　　　　　　　　　　赵晓兰等:纳米TiO2对甲基橙的吸附及光催化降解・11・

mg/L范围内其吸光度与浓度呈很好的线性关系,

因此,反应前后甲基橙溶液浓度变化可通过采用分光光度计测定反应前后溶液在490nm处的吸光度来计算。试样的脱色率D以下式计算

D=(ρ0-ρ)/ρ0×

100%(1)

式中:ρ0为甲基橙溶液的初始质量浓度(mg/L);ρ为反应结束后甲基橙溶液的浓度(mg/L);反应时间为t时单位纳米TiO2对甲基橙的吸附降解量qt以下式来计算

qt=(ρ0-ρ

)×V/m(2)

式中:V为反应时甲基橙溶液的体积(L);m为投

加的催化剂纳米TiO2质量(g);热脱附实验中与qt相对应的由单位纳米TiO2脱出的甲基橙量Qt以下式计算

3i

Vi

)

Q∑(ρ×t=

m

(3)

式中:ρi为第i次热脱附后脱附液中甲基橙的质量浓度(mg/L);Vi为第i次热脱附所用的去离子水体积(L)。113　实验方法

光催化实验是在磁力搅拌的作用下通过汞灯照射纳米TiO2和甲基橙的悬浮液进行的。具体过程是:称取一定量的纳米TiO2,量取50mL一定浓度的甲基橙溶液(溶液pH值为其自然值614～617)于烧杯中,再放入磁子,将烧杯置于水浴恒温磁力搅拌器内进行光催化反应。一定时间后,结束反应,为了消除纳米TiO2对测试的影响,先对试样进行离心沉降,然后再用分光光度计测其吸光度,计算脱色率。

2　结果与讨论

211　避光暗处纳米TiO2对甲基橙的脱色实验

整个实验在暗室中进行,纳米TiO2对甲基橙的脱色是在水浴恒温磁力搅拌器内进行的,该搅拌器的封闭金属外壳将可见光隔绝。具体实验过程是:

称取01250g纳米TiO2,量取50mL不同浓度的甲基橙溶液于100mL带塞锥形瓶中,再放入磁子,然后将锥形瓶置于水浴恒温磁力搅拌器内于20℃进

行反应。一定时间后,停止搅拌,对试样进行离心沉降,再用分光光度计测其上清液的吸光度,计算溶液浓度变化。为了进一步研究确定自制纳米TiO2对甲基橙的脱色是因吸附作用还是因降解作用引起的,进行等温热脱附实验。该实验是用100mL去离

子水对离心后所得的纳米TiO2进行回收,并在水浴

恒温磁力搅拌器内于80℃避光搅拌40min,然后离心,再用分光光度计测定脱附上清液的吸光度,如此反复进行三次,至所测上清液的吸光度A

图1　甲基橙的吸附降解量与脱附量的对比图

Fig.1　Comparisonbetweentheadsorbtionanddegradation

ofmethylorangeanddesorbtionofmethylorange

212　光源对甲基橙脱色的影响

光源对于光催化效率有着重要的影响作用[5],分别在160W高压汞灯、15W紫外灯和室内自然光照射下以及在避光暗处,考察纳米TiO2对初始浓度分别为100,50mg/L甲基橙溶液的降解脱色情况,具体实验条件为催化剂质量浓度为13g/L,反应时间30min,实验结果如图2所示,光源对甲基橙的脱色速率影响不是很大,在紫外灯的照射下甲基橙的脱色率只略高于避光的情况,这主要由于在避光暗处自制纳米TiO2也能够对甲基橙起到部分降解作用。

213　催化剂用量的影响

160W高压汞灯的照射下,首先进行了不加催

化剂和以普通TiO2为催化剂的对比试验。实验结果表明,在180min内甲基橙浓度几乎保持不变,说

・12・北京化工大学学报　　　　　　　　　　　　　　　　　2003年

图2　光源对甲基橙脱色率的影响

Fig.2　Effectoflightsourceonthedecolorization

rateofmethylorange

明无催化剂存在和以普通TiO2为催化剂时,甲基橙

溶液几乎不发生降解反应。考察纳米TiO2的投加量在310～2110g/L范围内,其他条件相同的情况下,催化剂用量对甲基橙溶液的脱色率影响。具体实验条件为:甲基橙初始浓度为50mg/L,反应时间60min,温度为15℃。结果如图3所示。催化剂投加量较小时,脱色率较低;随着催化剂量的加大,甲基橙溶液的脱色率增加,当催化剂投加量增加到1310g/L以上,脱色率增加不明显。显然,催化剂的适宜投加量为510～1310g/L

。

图3　催化剂用量对甲基橙脱色率的影响

Fig.3　Effectofcatalystamountonthedecolorization

rateofmethylorange

214　反应时间的影响

考察在160W高压汞灯照射下,催化剂投加量

分别为510,710,910和1310g/L时,反应时间t对初始浓度为50mg/L的甲基橙溶液脱色的影响作用,见图4。可看出反应30min纳米TiO2就会对甲基橙溶液有着很好的脱色效果,延长反应时间脱色率并没有明显增加,所以采用该纳米TiO2对甲基橙能够进行高效脱色

。

图4　反应时间对甲基橙脱色率的影响

Fig.4　Effectofreactiontimeonthedecolorization

rateofmethylorange

215　初始浓度的影响

配制一系列不同浓度的甲基橙溶液,在160W高压汞灯照射下,考察纳米TiO2对不同初始浓度甲基橙溶液的降解脱色情况。具体实验条件为:催化剂投加量13g/L,反应时间30min,温度10℃。实验结果如图5所示。由图5中可看到,该纳米TiO2作用30min对于不同初始浓度的甲基橙溶液都具有一定的降解脱色作用,且对在100～400mg/L较高浓度范围的甲基橙溶液脱色率可达到8510%以上,明显优于对低浓度甲基橙溶液的处理效果

。

图5　初始浓度对脱色率的影响

Fig.5　Effectofinitialconcentrationofsolution

onthedecoloriztionrateofmethylorange

216　温度的影响

本实验中以100mg/L的甲基橙溶液为研究对象,考察了温度分别为0,12,30,60℃时,纳米TiO2对甲基橙处理不同时间后的降解脱色情况(其中催化剂质量浓度为13g/L),实验结果表明,温度对该纳米TiO2对甲基橙的脱色的影响不容忽视。结果如图6所示。可看出,在0℃时纳米TiO2对甲基橙溶液的降解脱色效果显然要较12,30和60℃时好,随着温度的增加甲基橙的脱色率呈降低的趋势,因此在常温或更低的温度下有利于纳米TiO2对甲基橙溶液的降解脱色。由于温度对吸附过程有着重要

第6期　　　　　　　　　　　　赵晓兰等:纳米TiO2对甲基橙的吸附及光催化降解・13・

　　(3)自制纳米TiO2对于100～400mg/L质量

浓度范围的甲基橙溶液的降解脱色效果显著,为处理较高浓度的染料废水提供了一种高效的方法。由反应时间、溶液初始浓度及反应温度对甲基橙的降解脱色速率影响情况均可看出,吸附是一关键步骤,纳米TiO2首先对甲基橙进行吸附,然后再对吸附的甲基橙进行降解。

(4)本文实验条件下的适宜运行参数为:催化剂投加量为510～1310g/L,甲基橙溶液初始质量浓度为100～400mg/L,反应时间30min,温度0～30℃。对于初始质量浓度为200mg/L的甲基橙溶

图6　温度对甲基橙溶液降解脱色率的影响

Fig.6　Effectoftemperatureondecolorizationrate

ofmethylorange

的影响作用,所以吸附过程可能是该纳米TiO2对甲

基橙降解过程中的一个关键步骤。

液,在160W高压汞灯的照射下,反应30min脱色率可达9413%。

参

考

文

献

3　结　论

(1)采用悬浆体系,利用该纳米TiO2在避光暗

[1]　AmyL,Linsebigler,LuGQ,etal.Photocatalysison

TiO2surfaces:Principles,mechanismsandselectedresults[J].ChemRev,1995,95(3):735-758

[2]　李晓蛾,祖　庸.纳米TiO2光催化氧化机理及应用

[J].化工进展,1999(4):35-37

[3]　张音波,余煜棉,刘千钧.多相光催化降解染料废水的

处就可对甲基橙溶液达到良好的脱色效果,其脱色并不是完全由于纳米TiO2对甲基橙的吸附作用而引起的,还存在对甲基橙的部分降解作用。

(2)在避光暗处和自然光照射下,利用该纳米TiO2都能对甲基橙溶液起到良好的降解脱色作用,

研究进展[J].工业水处理,2001(12):1-4

[4]　王怡中,府　雁,汤鸿霄.甲基橙溶液多相光催化降解

从而可避免使用成本高,能耗大的人造光源进行反

应,降低了运行费用,且对反应器的设计难度也相应的降低,从而更加有利于该技术实现工业化。　　

研究[J].环境科学,1998,19(1):1-4

[5]　王怡中,府　雁.多相光催化反应中太阳光与电光源

效率比较[J].太阳能学报,1998,19(1):36-39

Adsorptionandphotocatalyticdegradationofmethyl

orangebyTiO2nanoparticales

ZhaoXiao2lan　ZhangPeng　XuRui2fen　HuWei2kang

(CollegeofChemicalEngineering,BeijingUniversityofChemicalTechnology,Beijing100029,China)

Abstract:TiO2nanoparticaleswerepreparedbyanovelchlorinationtechnology,andthedecolorizationofmethyl

orange(MO)innano2TiO2aqueousslurrieswasstudied.Theresearchindicatesthatthenano2TiO2hasagoodadsorbabilityforMO,andinthedarkitpresentssomeeffectsonthedegradationofMO.Theeffectsofthelightsource,catalystamount,initialconcentrationofsolution,reactiontimeandthesolutiontemperatureonthedegradationrateofmethylorangewereinvestigatedindetail.Theresultsindicatethatwhenthemassconcentra2tionofnano2TiO2isbetween510g/Land1310g/L,methylorange(100～400mg/L)canbedegradedeffective2ly,andthelightsourceshowslittleinfluenceonthedecolorizationrateatnormaltemperature.WhentheinitialconcentrationofMOis100mg/L,thesolutioncolorremovalachieved9111%in30minutesofirradiation,andinthedarkafter30minreactionthesolutioncolorremovalachieved8619%.Keywords:photocatalysis;TiO2nanoparticales;methylorange

(责任编辑　云志学)