膜负载型Ag改性TiO2纳米管的制备及光催化降解二苯胺研究

摘要

TiO2光催化氧化技术常用来处理水中难生物降解有机物，将其直接矿化为无机小分子，具高效、节能和适用范围广等特点，具有广泛的应用前景。但是，在水处理中应用悬浮态TiO2难以回收，且易造成二次污染；再者，该技术的低太阳光利用率和光催化活性是制约其发展主要问题。研究证实，贵金属修饰可以扩展光谱响应范围，提高TiO2对光的利用率，作为光生电子的捕获器，还能提高其光催化活性。本文就光催化氧化技术存在的以上问题，将制备的TiO2纳米管催化剂负载于LDPE膜上，解决其应用时的回收问题，并采用贵金属Ag修饰，以提高对太阳光的利用率和对有机污染物二苯胺的光催化效率。
　　 采用水热合成法制备了TiO2纳米管，并采用低温震荡多元醇法将Ag负载到TiO2纳米管上，TEM和XRD分析表明，制备出的TiO2粉末为锐钛型，其长度可达900nm，为中空的多层笔直管状。负载的Ag粒子均匀分布于管上，XPS分析表明，负载到TiO2纳米管上的银元素主要以金属态存在(Ag0)，含量约为0.73％。Ag改性TiO2纳米管DRS图谱发生了明显的红移现象，Ag的掺入使得TiO2纳米管在可见光区435nm处出现了较强的吸收峰，扩大了光的利用范围。
　　 采用浸渍-加温法将所制备的改性和未改性催化剂固载到LDPE膜上，然后在模拟太阳光下，进行了光催化降解二苯胺实验。结果表明，曝气和光照均有利于提高负载型光催化剂的光催化效果。当溶液的初始pH=8，涂膜次数为2次时，采用初始浓度为40mg/L的二苯胺，3h以内能够取得两类催化剂光催化降解二苯胺的高效性和操作的经济性。相同条件下，Ag-TiO2纳米管/LDPE的光催化降解二苯胺的活性要比TiO2纳米管/LDPE高两个多百分点，文中探讨了其主要原因和机理。此外，适量H2O2的加入有利于光催化反应的发生。
　　 在优化条件下，测试了所制备催化剂的可重复使用性，对于Ag-TiO2纳米管/LDPE来说，重复使用3次后，二苯胺的降解效率仅有微小的下降，分别为91.16%，89.87%和89.17%；实验过程中，负载型催化剂的形状和质量未发生明显变化，即所制备的负载型催化剂具有良好的稳定性和可重复利用性。