复合型光催化剂Co/TiO降解模拟染料废水亚甲基蓝

摘要

印染工业是我国具有优势的传统支柱行业之一,自上个世纪九十年代以来一直保持着高速发展,这使其需水量和排水量也大幅度增长。印染废水主要来源于染料及染料中间体生产行业,因其成分复杂、色度高、浓度大、毒性强、难降解物质多、水质水量波动大且不稳定等特点,致使染料废水处理难度大。而染料废水的不达标排放将会对环境造成很大的污染,威胁到人体的健康甚至生命安全。因此,对于印染废水的处理具有现实意义。
　　 以钛酸四丁酯为钛源,七水合硫酸钴为离子前驱物,利用用溶胶-凝胶法制备出CO2+/TiO2光催化剂。以亚甲基蓝目标化合物,分别在紫外光和可见光下考察了CO2+/TiO2光催化活性,通过因素实验,寻得光催化降解亚甲基蓝最佳反应条件。利用XRD、SEM、TEM、DRS等手段对光催化剂的结构进行表征,研究光催化剂的本身结构与光催化降解效果之间的关系。分析发现500℃煅烧条件下所制得的催化剂活性组分主要是锐钛矿型的二氧化钛和CoO固溶体,微粒达到纳米级别,粒径约为20 nm,Co离子进入TiO2晶格,形成了掺杂的TiO2光催化剂粉体。UV-DRS表征得出,CO2+/TiO2光响应区域已经拓展到可见光区,且在紫外光区的吸收强度较纯TiO2都有一定程度的增加。
　　 光催化降解研究表明:紫外光下CO2+/TiO2降解亚甲基蓝的最佳条件为pH=7,Co掺杂量为0.25 wt％,煅烧温度为500℃,催化剂用量为1g/L,亚甲基蓝初始浓度为10 mg/L,光照强度250 W,曝气量为2 L/min时,4 h内亚甲基蓝的降解率为98％以上；在可见光下利用CoO/TiO2催化降解亚甲基蓝,在最优Co掺杂量为0.25 wt％,煅烧温度为500℃,煅烧处理温度为500℃,催化剂用量为1.0 g/L,pH值为7～8,光照强度为300 W,曝气量为2 L/min条件下,4 h内亚甲基蓝的降解率达到68％。通过动力学分析发现,无论是在不同的催化剂用量条件下还是不同的染料初始浓度及Co掺杂量等条件下,亚甲基蓝的降解规律均符合一级动力学特征。通过紫外可见光谱图分析证实,在亚甲基蓝的降解过程中,亚甲基蓝分子结构中甲基的脱去,导致光谱图中最大吸收峰发生蓝移。同时对CO2+/TiO2催化剂经过简单处理,在紫外光下重复使用5次后,仍然具有具有稳定的光催化效应,具有较好的循环使用性能,是一种极具应用前景的新型光催化剂。