鈦酸納米管光催化降解甲基橙的研究

摘要：在紫外燈照射下，以鈦酸納米管為催化劑對甲基橙溶液進(jìn)行光催化降解。結(jié)果表明，甲基橙初始濃度、催化劑用量及光照時間均對甲基橙降解率有一定程度的影響，而pH則幾乎無影響。在35 mL初始濃度為10 mg/L甲基橙溶液、30 mg催化劑、pH中性、紫外光照60 min條件下，甲基橙降解率達(dá)到99.6%。

關(guān)鍵詞：鈦酸納米管；光催化；降解；甲基橙

中圖分類號：O643.36 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）11-2514-02

紡織行業(yè)廢水由于具有毒性強(qiáng)、難降解等特點(diǎn)而成為廢水處理中的一個難點(diǎn)問題[1]。光催化氧化技術(shù)是一種將光源與催化劑聯(lián)用對有機(jī)物進(jìn)行降解的技術(shù)[2]，該方法能耗低、效率高，能將有機(jī)物徹底降解[3，4]。因此，近年來光催化氧化技術(shù)逐漸被應(yīng)用于廢水處理中[5-7]。TiO2由于其穩(wěn)定性高、無毒、成本低等特點(diǎn)而成為理想的催化劑，被廣泛應(yīng)用于光催化領(lǐng)域。由于傳統(tǒng)的TiO2納米顆粒在水中的溶解性差，并且顆粒狀的結(jié)構(gòu)不利于電荷的傳輸，其光催化活性受到一定限制。以TiO2納米顆粒為原料在水熱條件下制備的鈦酸納米管比TiO2納米顆粒具有更大的比表面積，其特殊的一維結(jié)構(gòu)更有利于提高電荷的傳輸能力，因此，近年來鈦酸鈉米管成為人們關(guān)注的一個焦點(diǎn)[8-10]。但是應(yīng)用鈦酸納米管對甲基橙進(jìn)行光催化降解研究的很少，本研究以鈦酸納米管為催化劑對甲基橙進(jìn)行光催化降解，以期為環(huán)境凈化提供新的功能材料。

1 材料與方法

1.1 鈦酸鈉米管的制備

將TiO2納米顆粒加入到10 mol/L NaOH溶液中，120 ℃磁力攪拌下恒溫反應(yīng)24 h后逐滴滴加0.5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36% HCl溶液，靜置12 h后用蒸餾水反復(fù)清洗至中性。最后在真空干燥箱中干燥，即可得到鈦酸納米管。

2 結(jié)果與分析

2.1 甲基橙初始濃度對光催化甲基橙降解率的影響

甲基橙初始濃度對光催化甲基橙降解率的影響見圖1。由圖1可知，甲基橙降解率隨著甲基橙初始濃度的升高先升高后降低。由于甲基橙初始濃度較低時，催化劑含量相對較高，阻擋了紫外光的透過而導(dǎo)致催化活性降低；當(dāng)甲基橙初始濃度過高時，催化劑含量相對較低，催化劑對甲基橙的吸附能力有限，因而催化效果不強(qiáng)。因此，催化劑用量與甲基橙濃度為一定的配比時，光催化效果才能達(dá)到最佳，甲基橙初始濃度為10 mg/L時降解速度最快。

2.2 催化劑用量對光催化甲基橙降解率的影響

鈦酸納米管催化劑用量對甲基橙降解率的影響見圖2。由圖2可知，當(dāng)催化劑用量增加時，甲基橙降解率也隨之升高，這主要是因為當(dāng)催化劑用量增加時，催化劑對甲基橙的吸附能力也在增強(qiáng)，雖然過量的催化劑會阻擋紫外光的透射能力，但此時吸附能力的增強(qiáng)更為主要。因此，選擇30 mg為鈦酸納米管催化劑用量。

3 小結(jié)

本研究以鈦酸納米管為催化劑，考察了甲基橙初始濃度、催化劑用量、pH及光照時間對光催化甲基橙降解率的影響。甲基橙初始濃度、催化劑用量、溶液pH及光照時間均對甲基橙降解率有一定程度的影響。在35 mL初始濃度為10 mg/L甲基橙溶液、30 mg催化劑、pH中性、紫外光照60 min條件下，甲基橙降解率達(dá)到99.6%。

參考文獻(xiàn)：

[1] 左玉香.氮摻雜二氧化鈦光催化降解甲基橙的研究[J].化學(xué)工程師，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.