钛酸纳米管光催化降解甲基橙的研究
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作者: 孔德国 张红美 杨瑛等
摘要：在紫外灯照射下，以钛酸纳米管为催化剂对甲基橙溶液进行光催化降解。结果表明，甲基橙初始浓度、催化剂用量及光照时间均对甲基橙降解率有一定程度的影响，而pH则几乎无影响。在35 mL初始浓度为10 mg/L甲基橙溶液、30 mg催化剂、pH中性、紫外光照60 min条件下，甲基橙降解率达到99.6%。
关键词：钛酸纳米管；光催化；降解；甲基橙
中图分类号：O643.36 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）11-2514-02
纺织行业废水由于具有毒性强、难降解等特点而成为废水处理中的一个难点问题[1]。光催化氧化技术是一种将光源与催化剂联用对有机物进行降解的技术[2]，该方法能耗低、效率高，能将有机物彻底降解[3，4]。因此，近年来光催化氧化技术逐渐被应用于废水处理中[5-7]。TiO2由于其稳定性高、无毒、成本低等特点而成为理想的催化剂，被广泛应用于光催化领域。由于传统的TiO2纳米颗粒在水中的溶解性差，并且颗粒状的结构不利于电荷的传输，其光催化活性受到一定限制。以TiO2纳米颗粒为原料在水热条件下制备的钛酸纳米管比TiO2纳米颗粒具有更大的比表面积，其特殊的一维结构更有利于提高电荷的传输能力，因此，近年来钛酸钠米管成为人们关注的一个焦点[8-10]。但是应用钛酸纳米管对甲基橙进行光催化降解研究的很少，本研究以钛酸纳米管为催化剂对甲基橙进行光催化降解，以期为环境净化提供新的功能材料。
1 材料与方法
1.1 钛酸钠米管的制备
将TiO2纳米颗粒加入到10 mol/L NaOH溶液中，120 ℃磁力搅拌下恒温反应24 h后逐滴滴加0.5 mL质量分数为36% HCl溶液，静置12 h后用蒸馏水反复清洗至中性。最后在真空干燥箱中干燥，即可得到钛酸纳米管。
2 结果与分析
2.1 甲基橙初始浓度对光催化甲基橙降解率的影响
甲基橙初始浓度对光催化甲基橙降解率的影响见图1。由图1可知，甲基橙降解率随着甲基橙初始浓度的升高先升高后降低。由于甲基橙初始浓度较低时，催化剂含量相对较高，阻挡了紫外光的透过而导致催化活性降低；当甲基橙初始浓度过高时，催化剂含量相对较低，催化剂对甲基橙的吸附能力有限，因而催化效果不强。因此，催化剂用量与甲基橙浓度为一定的配比时，光催化效果才能达到最佳，甲基橙初始浓度为10 mg/L时降解速度最快。
2.2 催化剂用量对光催化甲基橙降解率的影响
钛酸纳米管催化剂用量对甲基橙降解率的影响见图2。由图2可知，当催化剂用量增加时，甲基橙降解率也随之升高，这主要是因为当催化剂用量增加时，催化剂对甲基橙的吸附能力也在增强，虽然过量的催化剂会阻挡紫外光的透射能力，但此时吸附能力的增强更为主要。因此，选择30 mg为钛酸纳米管催化剂用量。
3 小结
本研究以钛酸纳米管为催化剂，考察了甲基橙初始浓度、催化剂用量、pH及光照时间对光催化甲基橙降解率的影响。甲基橙初始浓度、催化剂用量、溶液pH及光照时间均对甲基橙降解率有一定程度的影响。在35 mL初始浓度为10 mg/L甲基橙溶液、30 mg催化剂、pH中性、紫外光照60 min条件下，甲基橙降解率达到99.6%。
参考文献：
[1] 左玉香.氮掺杂二氧化钛光催化降解甲基橙的研究[J].化学工程师，2011，11（14）：38-39.
[2] MUNOZ I， RIERADEVALL J，TORRADES F， et al. Environmental assessment of different advanced oxidation processes applied to a bleaching kraft mill effluent[J]. Chemosphere，2006， 62（1）：9-16.
[3] KUSVURAN E，GULNAZ O， IRMAK S， et al.Comparison of several advanced oxidation processes for the decolorization of Reactive Red 120 azo dye in aqueous solution[J]. J Hazard Mater，2004，109（1-3）：85-93.
[4] MUNOZ I， RIERADEVALL J， TORRADES F， et al. Environmental assessment of different solar driven advanced oxidation processes[J]. Solar Energy，2005，79（4）：369-375.
[5] LI H， LIU Y F， GUO M， et al. Phtotodegradation of dyeing wastewater by high photocatalytic activity TiO2 under UV and visible-light irridation[J]. Advanced Materials Research，2011（374-377）：855-858.
[6] KUO W， HO P H.Solar photocatalytic decolorization of methylene blue in water[J].Chemosphere，2011，45（1）：77-83.
[7] CHEN X， YANG J， ZHANG J. Preparation and photocatalytic properties of Fe-doped TiO2 nanoparticles[J].Journal of Central South University of Technology，2004，11（2）：161-165.
[8] NIU L，SHAO M， WANG S，et al. Titanate nanotube： preparation，characterization， and application in the detection of dopamine[J]. Journal of Materials Science，2008，43（5）：1510-1514.
[9] KITANO M，NAKAJIMA K，KONDO J，et al.Protonated titanate nanotubes as solid acid catalyst[J]. J Am Chem Soc，2010， 132（19）：6622-6623.
[10] LI Z，LIU Z，YAN Q，et al.Preparation and performance of titanate nanotube by hydrothermal treatment[J]. Rare Metals，2008，27（2）：187-191.
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