二氧化钛的制备及其在降解Cr(VI)中的研究

1、二氧化钛的制备及其在降解Cr(VI)中的研究论文关键词：二氧化钛制备光催化剂降解论文摘要：以廉价、易得的四氯化钛为原料，利用溶胶一凝胶法制备二氧化钛，工艺过程简单、易控制、污染少，是一种制备二氧化钛的理想方法。以制备出的二氧化钛为光催化剂降解r(vi)，研究了的重铬酸钾溶液的ph值、重铬酸根离子的初始浓度、催化剂的用量，催化反响时间等因素对重铬酸根离子降解率的影响。结果说明，在ph=2.5时，光催化反响速度最快；随着催化剂用量的增加，反响速度加快；催化反响时间延长，降解率增加；当反响时间足够时，重铬酸根离子初始浓度对过程影响不大。目前，制备二氧化钛的方法很多，分类方法也有所不同。根据物理性质，

2、分为气相法、固相法和液相法。气相法制备出的ti2纯度高、分散性好、团聚少、比外表活性大，但是气相法的反响要求在高温条件下瞬间完成，对反响器的选择、设备的材质，加热方法等均有很高的要求，欲到达工业化消费还要解决一系列工程问题和设备材质问题。与气相法相比，液相法具有原料廉价、无毒、常温下可以反响、工艺过程简单、易控制、污染少、产品质量稳定等优点3-4。因此，以廉价、易得的四氯化钛为原料，利用溶胶一凝胶法制备二氧化钛是一种具有工业开展潜力的理想方法。含铬废水主要来源于制革、电镀及铬盐消费等行业排放的废水，其中废水中的r(vi)能在环境或动植物体内蓄积，r(vi)的毒性是r(iii)的100倍左右，假

3、如过量摄入，会对人体安康和动植物的生长产生不利影响。鉴于排放的铬特别是r(vi)对人体和水生生物体危害极大，世界各国都对排放铬的含量进展了严格的限制。目前，对含铬废水的处理主要采用生物法、离子交换法、化学法等方法。其中生物法出水水质好、污泥量少、但处理本钱太高，普通化学法的出水水质差，污泥量多9。二氧化钛是环境友好型光催化剂，用它来处理含铬废水具有低能耗、易操作、无二次污染等特点。二氧化钛光催化降解r(vi)属于光复原反响，利用光催化反响技术将r(vi)复原成r(iii)，进而将r(iii)转化为r(h)3沉淀从溶液中别离出来，从而到达降解含铬废水的目的。1.实验原理1.1溶胶一凝胶法制备二氧

4、化钛的原理将四氯化钛参加乙醇的水溶液中，让til4水解后再参加含羟基或可释放出羟基的化合物本实验用氨水，使其缩合，逐渐凝胶化后经枯燥和煅烧可得二氧化钛粉末，反响如下：水解反响：til4+42h5h=ti(2h5)4+4hlti(2h5)4+4h2=ti(h)4+42h5h煅烧反响：ti(h)4=ti2+2h21.2二氧化钛降解r(vi)的机理二氧化钛降解r(vi)属于光复原反响，利用光催化反响技术将r(vi)复原r(iii)，进而可将r(iii)转化为r(h)3沉淀从溶液中别离出来，到达把r(vi)从水中别离的目的。当ti2受到能量大于禁带宽度的紫外光照射时，价带上的电子跃迁到导带上，从而产生

5、高活性的光生电子e-和空穴h+对。光生电子e-有很强的复原性，可以把r(vi)复原成r(iii)，而水得到价带上的空穴而发生氧化，其反响为：ti2+hrti2(e-+h+)14h+r272-+6e-2r3+7h26h2+12h+2+12h+r3+3h-r(h)32.实验设备及试剂2.1实验设备电磁搅拌器，烘箱，高温炉，phs-3型酸度计，uv754型分光光度计(上海箐华科技仪器)。2.2实验试剂99.9%的四氯化钛分析纯天津市科密欧化学试剂，28%的氨水，97%的乙醇洛阳市化学试剂厂，0.1l/l的浓硫酸，0.1l/l的氢氧化钠，0.1l/l的硝酸银溶液，去离子水，二次蒸馏水。重铬酸钾溶液:准

6、确称取0.0866g重铬酸钾置于烧杯中，参加少量水搅拌溶解后，定量转移到1l容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。3.实验方法3.1二氧化钛的制备方法1取100l乙醇和25l去离子水混合均匀，将1.5l的四氯化钛用枯燥的滴管汲取，缓缓参加100l乙醇和25l去离子水的混合溶液中。为促进其水解缩合反响的进展，再在溶液中参加28%的氨水，并且为防止二氧化钛团块的产生而导致氯离子不易除去，以逐滴的方式参加28%的氨水，并不断的搅拌，此时会有白色沉淀生成，直到溶液的ph值上升到7-8时，停顿参加氨水。用抽滤器过滤溶胶三次，在过滤中参加去离子水洗涤沉淀数次，以除去氯离子，将过滤过的白色沉淀物置于烘箱中枯燥去水

7、，烘箱的温度设定为65，枯燥后研磨成粉。将研磨后的粉末置于高温炉中煅烧通入空气，以100/h的速率加热至600。保持温度1h后自然降至室温，再将颗粒研磨成粉末。3.2二氧化钛降解重铬酸根离子的实验方法8在自制的光催化反响器中进展反响，光催化反响器为三层圆筒形玻璃容器，内套管内通有冷却水，外套管为恒温水槽，内外套中间为反响器，反响器内控制溶液的温度为(301)。取重铬酸钾溶液，调节溶液的p值为2.5，参加一定量二氧化钛，搅拌10in左右使之分散均匀，固定搅拌速度为300/in。日光灯照射下反响一段时间，静止分层后取上清液用uv-754型分光光度计于370n处测定吸光度，对照工作曲线计算其降解率。

8、计算公式如下：e=(1-2)/1100%式中：e降解率，%；1处理前r()浓度，g/l；2处理后r()浓度，g/l；在实验过程中，调节重铬酸钾溶液的ph值、重铬酸根离子的浓度、二氧化钛的用量以及光催化反响时间，研究这些因素对重铬酸根离子降解率有何影响。4.实验结果与讨论4.1重铬酸钾溶液的ph值取一组重铬酸钾溶液100l，用硫酸或氢氧化钠调节溶液的ph值分别为2、2.5、3、4、6，分别参加1.0g二氧化钛，反响温度为30，反响时间为100in，r(vi)的降解率见表1。表1不同ph值条件r(vi)的去除效果table1differentphvaluenditintr(vi)revesthee

9、ffetph值处理前r(vi)质量浓度/(gl-1)处理后r(vi)质量浓度/(gl-1)降解率/%2.025.201.8992.52.525.201.4494.33.025.203.1287.64.025.205.5278.16.025.208.4766.4由表1可知，随着重铬酸钾溶液ph值的升高,r()的降解率逐渐降低，在ph值为2.5时，r(vi)的降解率最大。主要原因是二氧化钛光催化降解过程中，ph值对反响热力学有较大影响，r(vi)/r()的氧化复原电位随ph值变化而不同。不同酸碱条件下,r(vi)以不同的形式存在，其在溶液中的平衡方程式为：2r42-+2h+2hr-4r272-+h

10、2，从r42-、hr4-到r272-氧化性依次增强，在酸性条件下，r272-/r3+的氧化性更强，因此酸性条件下，r(vi)易被复原为r()，与实验相符。4.2重铬酸钾溶液中r()的质量浓度将实验用的重铬酸钾溶液分别取100l、50l、25l，在缺乏100l的溶液中参加二次蒸馏水，使溶液的体积为100l。调节ph值为2.5，分别参加1.0g二氧化钛，反响温度为30，反响时间为100in，r(vi)的降解率见表2。表2重铬酸钾溶液中r(vi)的浓度不同对r(vi)的去除效果table2inptassiubihrateslutinr(vi)densitydifferentlytr(vi)reves

11、theeffet处理前r()质量浓度/(gl-1)处理后r(vi)质量浓度/(gl-1)降解率/%25.201.3994.512.600.6994.56.300.3594.4由表2可知，重铬酸钾溶液中r(vi)浓度的变化对r(vi)的降解率影响不大。主要原因是二氧化钛光催化降解过程中，只要反响时间足够，溶液中的r(vi)都能被降解，而且降解率很高。4.3光催化反响时间分别取重铬酸钾溶液100l，参加二氧化钛1.0g，调节ph值为2.5，反响温度为30，反响时间分别为20in、40in、60in、80in、100in、120in，实验数据见表3。表3光催化反响时间对r(vi)的去除效果table

12、3phtatalytireatintiefr(vi)reval光催化反响时间/in处理前r(vi)质量浓度/(gl-1)处理后r(vi)质量浓度/(gl-1)降解率/%2025.2014.2143.64025.206.8572.86025.203.8684.78025.202.1791.410025.201.3994.512025.201.3694.6由表3可知，在其它条件一样时，反响时间对光催化反响是有显著影响，随着反响时间的延长，重铬酸钾溶液中r()的降解率逐渐增大，反响之初，反响速度较快，当反响时间超过80in后，降解率增加较慢，这主要是由于溶液中r()的浓度随着反响的进展逐渐减少，使得

13、光催化反响速度变慢。4.4二氧化钛的用量取重铬酸钾溶液100l，分别参加二氧化钛0.5g、1.0g、1.5g、2.0g，调节ph值为2.5，反响温度为30，反响时间为40in，r(vi)的降解率见表4。表4二氧化钛的用量r(vi)的去除效果table4ti2ntentfr(vi)reval二氧化钛用量/g处理前r()质量浓度/(gl-1)处理后r()质量浓度/(gl-1)降解率/%0.525.2016.3335.21.025.2013.4846.51.525.207.1271.82.025.204.9480.4由表4可知，在其它条件一样时，单纯改变催化剂的用量对光催化反响是有影响的。随着催化剂

14、的用量增加，溶液中r()的降解率逐渐增大，这主要由于催化剂的用量增加，单位体积内光催化反响点增加，然而催化剂用量增加，相应的处理本钱也会增加，根据光催化反响时间与降解率的关系可知，适当延长反响时间可以进步重铬酸根离子的降解率，因此不必为了进步降解率而单纯增加催化剂的参加量。5.实验结论5.1用溶胶-凝胶法自制的二氧化钛降解r()效果很好，反响条件在ph值为2.5、光催化反响时间大于100in、催化剂的参加量为1g/100l时效果更好。5.2二氧化钛的用量增加可以进步反响初期的降解率，然而催化剂的用量增加，相应的处理本钱也会增加，我们可以采用适当延长反响时间的方法来进步重铬酸根离子的降解率。参考文献：1庄皓钧，吴泓宽.溪水清清-溶胶-凝胶法制备二氧化钛纳米粒子及其在环境保护应用研究.环境科学，2022.02.2朱越平.基于纳米技术在环境治理中的应用.群众科技，2022.01.3吴迪.纳米二氧化钛的制备工艺与应用进展.河北化工，2022.024邓建国，陈建，刘东亮.纳米