二氧化钛复合催化剂协同硫酸根自由基类Fenton体系光催化降解壬基酚的研究

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壬基酚(Nonylphenol,NP),是合成壬基酚聚氧乙烯醚(简称NPE)表面活性剂的工业原料。也是环境内分泌干扰物(EEDs)的一种,可以干扰生物体内分泌系统的正常运转,甚至会毒害其生命。本文以NP为研究对象,探讨了改性TiO2自身的吸附性能及其对NP的降解催化性能。TiO2的改性采用了“溶胶-凝胶”法,制备了TiO2掺杂Co及TiO2负载Ag两种催化剂,通过两种催化剂对NP的光催化降解,分析了掺杂量、负载量、溶液初始浓度、催化剂的投入量等因素对催化性能的影响;同时,还进行了两种复合催化剂协同硫酸根自由基类Fenton体系遮光暗反应及光催化降解NP的研究,得出如下结论:(1)NP溶液的初始浓度对其降解效率影响不明显;NP的降解率随着TiO2投加量增大而增大,其中TiO2投加量为0.10g时降解率最大,为76.7%;当NP溶液初始浓度为30mg/L时,降解效果最好;在催化剂的作用下,表现为NP的吸附作用不明显,最大吸附率为9.4%。(2)以1%Co-TiO2为例,XRD结果显示,TiO2向锐钛矿型晶体转变是由Co掺杂导致,光催化性能增强;其SEM表征结果显示,Co-TiO2催化剂粉末存在部分团结现象,外貌基本相同,呈椭圆球型的形貌。Co-TiO2催化剂的颗粒粒径大约在495nm左右;UV-Visible DRS表征结果显示,Co-TiO2禁带宽度比TiO2理论上的禁带宽度有所减少。这使得长波较长的光子也能被吸收,提高了TiO2自身对太阳光的利用率。当Co掺杂量为1.5%(摩尔百分比)时,溶液中NP的降解率达到了82.9%;当Ag的负载量为1%(摩尔百分比)时,光催化性能最好,降解率高达85.5%。(3)Co-TiO2催化剂投加量对NP的降解产生影响:当0.5%Co-TiO2、1.0%Co-TiO2、1.5%Co-TiO2催化剂用量为0.01g时,对NP溶液的降解效果最好,降解率分别为为79.8%、74.4%、82.9%;(4)Ag/TiO2催化剂投加量对NP降解的影响表现为:当0.5%Ag/TiO2的投加量为0.03g时,NP的降解率最大,降解率为83.8%;当1%Ag/TiO2、1.5%Ag/TiO2的投加量为0.01g时,NP的降解率最大,降解率为85.5%、70.1%;(5)复合催化剂对PMS(单过氧硫酸氢钾)的分解性能有所促进:在遮光条件下,整个体系对NP溶液表现出较高的降解率。三种掺杂量的Co-TiO2催化剂对NP的降解率分别达到了75.5%、80.2%、83.4%;三种负载量的Ag/TiO2催化剂对NP的降解率分别达到了63.3%、56.8%、53.8%,说明复合催化剂对SO4?-类Fenton有较强的催化分解能力。(6)复合催化剂与类Fenton体系协同光降解NP的分析结果表明:在有光的条件下,当反应进行到300min时,溶液中的NP几乎被全部降解。此时三种掺杂量的Co-TiO2催化剂对NP的降解率分别达到了93.0%、90.3%、93.9%;三种负载量的Ag/TiO2催化剂对NP的降解率分别达到了86.4%、88.8%、87.1%。说明复合催化剂不仅可以催化分解PMS使SO4?-类Fenton体系产生更多的硫酸根自由基,也具有良好的光催化性能,可以吸收可见光进行光催化降解NP。(7)复合催化剂的重复使用性能较好:经过三次重复性实验后,1.5Co-TiO2对NP的降解率仅降低5.2%;1%Ag/TiO2对NP的降解率仅降低5.7%。说明制备的这两种复合催化剂在使用后经过洗涤、烘干、研磨后,依然有较高的催化活性。
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