二氧化钛的制备及其在降解Cr.docVIP

二氧化钛的制备及降解Cr(VI)中的研究 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Cr(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，催化反应时间等因素对重铬酸根离子降解率的影响。 结果表明，在pH=2.5时，光催化反应速度最快；随着催化剂用量的增加，反应 速度加快；催化反应时间延长，降解率增加；当反应时间足够时，重铬酸根离子 初始浓度对过程影响 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，分为气相 法、固相法和液相法。气相法制备出的TiO2纯度高、分散性好、团聚少、比表 面活性大，但是气相法的反应要求在高温条件下瞬间完成，对反应器的选择、设 备的材质，加热方法等均有很高的要求，欲达到工业化生产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 反应、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具有 含铬废水主要来源于制革、电镀及铬盐生产等行业排放的废水，其中废水中 的Cr(VI)能在环境或动植物体内蓄积，Cr(VI)的毒性是Cr(III)的100倍左右， 如果过量摄入，会对人体健康和动植物的生长产生不利影响。鉴于排放的铬特别 是Cr(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行了严 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 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Cr(VI)属于光还原反应，利用光催化反应技术将Cr(VI)还原成Cr(III)，进而将Cr(III)Cr(OH)3沉淀从溶液 中分离出来，从而达到降解含铬废水的目1.实验原理 1.1溶胶一凝胶法制备二氧化钛的原理 四氯化钛加入乙醇的水溶液中，让TiCl4水解后再加入含羟基或可 释放出羟基的化合物（本实验用氨水），使其缩合，逐渐凝胶化后经干 燥和煅烧可得二氧化钛粉末，反应如下水解反应： TiCl4 + 4C2H5OH? = Ti(OC2H5)4 + 4HCl Ti(OC2H5)4 + 4H2O = Ti(OH)4? ↓ + 4C2H5OH 煅烧反应： Ti(OH)4? = TiO2 + 2H2O 1.2二氧化钛降解Cr(VI)的机理 二氧化钛降解Cr(VI)属于光还原反应，利用光催化反应技术Cr(VI)还原Cr(III)，进而可将Cr(III)转化为Cr(OH)3沉淀从溶分离出来，达到把Cr(VI)从水中分离的目的。当TiO2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，从而产生高活性 的光生电子（e-）和空穴（h+）对。光生电子（e-）有很强的还原性， 能够把Cr(VI)还原成Cr(III)，而水得到价带上的空穴而发生氧化，其 反应为： TiO2? + hr → TiO2 (e-+ h+ ) 14H+ + Cr2O72- + 6e- → 2Cr3+ + 7H2O 6H2O + 12h+ → O2 + 12h+ Cr3+ + 3OH- →Cr(OH)3↓ 实验设备及试剂 2.1实验设备 电磁搅拌器，烘箱，高温炉，pHS-3C型酸度计，UV –754型分光 光度计(上海箐华科技仪器有限公司)。 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有限公司）， 28%的氨水，97%的乙醇（洛阳市化学试剂厂），0.1mol/L的浓硫酸， 0.1mol/L的氢氧化钠，0.1mol/L的硝酸银溶液，去离子水二次蒸馏 水重铬酸钾溶液。 3.实验方法 3.1二氧化钛的制备方法[1] 取100ml乙醇和25ml去离子水混合均匀，将1.5ml的四氯化钛用 干燥的滴管吸取，缓缓加入100ml乙醇和25ml去离子水的混合溶液中。 再在溶液中加入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，以逐滴的方式加入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，停止加入氨水。用 抽滤器过滤溶胶三次，在过滤中加入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干燥去水，烘箱的温度设定为 65℃，干燥后研磨成粉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] 在自制的光催化反应器中进行反应，光催化反应器为三层圆筒形玻 璃容器，内套管内通有冷却水