水中常見(jiàn)陰離子對(duì)光催化的影響

劉姝　陳冰　李利　倪延濤　郭芳

【摘 要】 在紫外光照射下，TiO2（P25）具有很強(qiáng)的光催化能力，可以降解有機(jī)污染物，光解水制氫等，所以人們非常希望這項(xiàng)技術(shù)能夠早日應(yīng)用到實(shí)際廢水的處理中去，然而在實(shí)際工業(yè)廢水中通常會(huì)含有多種有機(jī)、無(wú)機(jī)離子，這些離子很容易造成催化劑活性降低。以TiO2（P25）為光催化劑，研究水中常見(jiàn)的五種無(wú)機(jī)陰離子（SO42-、NO3-、H2PO4-、HCO3-和CO32-）對(duì)TiO2光催化降解苯酚水溶液的影響，并試圖揭示影響機(jī)理。

【關(guān)鍵詞】 TiO2 光催化降解 五種無(wú)機(jī)陰離子 光催化活性

1 納米TiO2活化前后光催化活性的比較

將德國(guó)德固賽公司生產(chǎn)的納米TiO2放置入馬弗爐中，于500℃焙燒2h以活化。分別選取活化與未活化的TiO2，用量均為1g/L，加入100mL初始濃度為20mg/L的苯酚水溶液，先在暗處磁力攪拌30min，達(dá)到吸附平衡后打開(kāi)紫外燈照射，繼續(xù)攪拌，反應(yīng)時(shí)間為1h，測(cè)定反應(yīng)前后溶液中苯酚的濃度，計(jì)算降解率。對(duì)納米TiO2進(jìn)行焙燒活化能提高其光催化活性，500℃焙燒2h使苯酚的降解率從39%提高至54%。這是因?yàn)門iO2粉體有銳鈦礦型和金紅石型兩種晶型，經(jīng)500℃左右熱處理會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦型，而銳鈦礦型TiO2比金紅石型TiO2具有更好的光催化效能。并且高溫活化能防止TiO2晶粒的團(tuán)聚。所以接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)均先對(duì)TiO2進(jìn)行活化處理。

2 SO42-和NO3-對(duì)TiO2光催化降解苯酚的影響

3 H2PO4-、HCO3-和CO32-對(duì)TiO2光催化降解苯酚活性的影響

NaH2PO4、NaHCO3和Na2CO3濃度為5mmol/L，H2PO4-大大提高了苯酚的去除率，由54.7%升高至73%，而HCO3-和CO32-則降低了TiO2的光催化活性，1h苯酚的去除率分別降低了11.3%和21.8%。

溶液的pH值是影響TiO2光催化活性的一個(gè)重要環(huán)境因素。pH值能改變水中TiO2的表面電荷，從而改變顆粒在水中的分散狀況，進(jìn)而影響其受光線照射的面積和光催化活性。pH值能影響污染物在光催化劑表面的吸附，而污染物在光催化劑表面的吸附是光催化反應(yīng)發(fā)生的關(guān)鍵因素。Kashif Naeem在實(shí)驗(yàn)中考察了pH對(duì)TiO2降解苯酚活性的影響，得出結(jié)論：苯酚的降解速率隨pH（4-10）的增大而增大，在pH為5的點(diǎn)達(dá)到最大值，隨后隨著pH的增大，反應(yīng)速率減小。TiO2在水溶液中具有雙親性，而TiO2的等電點(diǎn)為pHPZC=6.8，當(dāng)溶液pH<6.8時(shí)，TiO2表面帶正電，pH>6.8時(shí)，TiO2表面帶負(fù)電。對(duì)于帶電荷的污染物，pH值對(duì)TiO2對(duì)其吸附和光催化降解有著決定性的影響。一般說(shuō)來(lái)，酸性pH值條件有利于陰離子型的污染物在TiO2表面的吸附和光催化氧化，而在堿性pH值條件下有利于陽(yáng)離子型污染物在TiO2表面的吸附和光催化氧化。苯酚在水中能夠電離出H+，帶負(fù)電荷。因此，當(dāng)加入NaH2PO4濃度逐漸增大從而溶液的pH值由6.16逐步降為5.05時(shí)，TiO2對(duì)苯酚的降解率亦逐步增大。

NaH2PO4濃度增加而降低；Na2CO3使得溶液的pH值由6.16升高至10.56、10.75、10.83、10.9和10.92，苯酚的降解率也隨著NaH2PO4濃度增加而降低；并且Na2CO3對(duì)TiO2光催化氧化苯酚的抑制作用強(qiáng)于NaHCO3。同樣，利用TiO2在水溶液中具有雙親性來(lái)解釋。NaHCO3和Na2CO3的加入使溶液pH值由6.16升高至8.77和10.92，高于TiO2的等電點(diǎn)pHPZC（6.8），因此TiO2表面所帶電荷由正電荷轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)電荷，不利于苯酚的吸附和光催化氧化，并且Na2CO3所應(yīng)起溶液pH值的變化大于NaHCO3，所以Na2CO3對(duì)苯酚光催化反應(yīng)的抑制作用強(qiáng)于NaHCO3。

4 結(jié)語(yǔ)

主要考查了TiO2的活化和水中常見(jiàn)的五種無(wú)機(jī)陰離子（SO42-、NO3-、H2PO4-、HCO3-和CO32-）對(duì)TiO2光催化降解本分的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可得到如下結(jié)論：（1）納米TiO2經(jīng)活化能提高其光催化活性，本實(shí)驗(yàn)選取的活化溫度為500℃，活化時(shí)間為2h。（2）SO42-和NO3-對(duì)TiO2光催化降解苯酚無(wú)明顯影響。（3）H2PO4-、HCO3-和CO32-通過(guò)影響溶液的pH值來(lái)影響TiO2對(duì)苯酚的光催化效率：H2PO4-通過(guò)降低溶液的pH值來(lái)提高光催化活性；HCO3-和CO32-則通過(guò)提高溶液的pH值降低光催化活性，且CO32-對(duì)光催化活性的抑制作用強(qiáng)于HCO3-。

【摘 要】 在紫外光照射下，TiO2（P25）具有很強(qiáng)的光催化能力，可以降解有機(jī)污染物，光解水制氫等，所以人們非常希望這項(xiàng)技術(shù)能夠早日應(yīng)用到實(shí)際廢水的處理中去，然而在實(shí)際工業(yè)廢水中通常會(huì)含有多種有機(jī)、無(wú)機(jī)離子，這些離子很容易造成催化劑活性降低。以TiO2（P25）為光催化劑，研究水中常見(jiàn)的五種無(wú)機(jī)陰離子（SO42-、NO3-、H2PO4-、HCO3-和CO32-）對(duì)TiO2光催化降解苯酚水溶液的影響，并試圖揭示影響機(jī)理。

【關(guān)鍵詞】 TiO2 光催化降解 五種無(wú)機(jī)陰離子 光催化活性

1 納米TiO2活化前后光催化活性的比較

將德國(guó)德固賽公司生產(chǎn)的納米TiO2放置入馬弗爐中，于500℃焙燒2h以活化。分別選取活化與未活化的TiO2，用量均為1g/L，加入100mL初始濃度為20mg/L的苯酚水溶液，先在暗處磁力攪拌30min，達(dá)到吸附平衡后打開(kāi)紫外燈照射，繼續(xù)攪拌，反應(yīng)時(shí)間為1h，測(cè)定反應(yīng)前后溶液中苯酚的濃度，計(jì)算降解率。對(duì)納米TiO2進(jìn)行焙燒活化能提高其光催化活性，500℃焙燒2h使苯酚的降解率從39%提高至54%。這是因?yàn)門iO2粉體有銳鈦礦型和金紅石型兩種晶型，經(jīng)500℃左右熱處理會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦型，而銳鈦礦型TiO2比金紅石型TiO2具有更好的光催化效能。并且高溫活化能防止TiO2晶粒的團(tuán)聚。所以接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)均先對(duì)TiO2進(jìn)行活化處理。

2 SO42-和NO3-對(duì)TiO2光催化降解苯酚的影響

3 H2PO4-、HCO3-和CO32-對(duì)TiO2光催化降解苯酚活性的影響

NaH2PO4、NaHCO3和Na2CO3濃度為5mmol/L，H2PO4-大大提高了苯酚的去除率，由54.7%升高至73%，而HCO3-和CO32-則降低了TiO2的光催化活性，1h苯酚的去除率分別降低了11.3%和21.8%。

溶液的pH值是影響TiO2光催化活性的一個(gè)重要環(huán)境因素。pH值能改變水中TiO2的表面電荷，從而改變顆粒在水中的分散狀況，進(jìn)而影響其受光線照射的面積和光催化活性。pH值能影響污染物在光催化劑表面的吸附，而污染物在光催化劑表面的吸附是光催化反應(yīng)發(fā)生的關(guān)鍵因素。Kashif Naeem在實(shí)驗(yàn)中考察了pH對(duì)TiO2降解苯酚活性的影響，得出結(jié)論：苯酚的降解速率隨pH（4-10）的增大而增大，在pH為5的點(diǎn)達(dá)到最大值，隨后隨著pH的增大，反應(yīng)速率減小。TiO2在水溶液中具有雙親性，而TiO2的等電點(diǎn)為pHPZC=6.8，當(dāng)溶液pH<6.8時(shí)，TiO2表面帶正電，pH>6.8時(shí)，TiO2表面帶負(fù)電。對(duì)于帶電荷的污染物，pH值對(duì)TiO2對(duì)其吸附和光催化降解有著決定性的影響。一般說(shuō)來(lái)，酸性pH值條件有利于陰離子型的污染物在TiO2表面的吸附和光催化氧化，而在堿性pH值條件下有利于陽(yáng)離子型污染物在TiO2表面的吸附和光催化氧化。苯酚在水中能夠電離出H+，帶負(fù)電荷。因此，當(dāng)加入NaH2PO4濃度逐漸增大從而溶液的pH值由6.16逐步降為5.05時(shí)，TiO2對(duì)苯酚的降解率亦逐步增大。

NaH2PO4濃度增加而降低；Na2CO3使得溶液的pH值由6.16升高至10.56、10.75、10.83、10.9和10.92，苯酚的降解率也隨著NaH2PO4濃度增加而降低；并且Na2CO3對(duì)TiO2光催化氧化苯酚的抑制作用強(qiáng)于NaHCO3。同樣，利用TiO2在水溶液中具有雙親性來(lái)解釋。NaHCO3和Na2CO3的加入使溶液pH值由6.16升高至8.77和10.92，高于TiO2的等電點(diǎn)pHPZC（6.8），因此TiO2表面所帶電荷由正電荷轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)電荷，不利于苯酚的吸附和光催化氧化，并且Na2CO3所應(yīng)起溶液pH值的變化大于NaHCO3，所以Na2CO3對(duì)苯酚光催化反應(yīng)的抑制作用強(qiáng)于NaHCO3。

4 結(jié)語(yǔ)

主要考查了TiO2的活化和水中常見(jiàn)的五種無(wú)機(jī)陰離子（SO42-、NO3-、H2PO4-、HCO3-和CO32-）對(duì)TiO2光催化降解本分的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可得到如下結(jié)論：（1）納米TiO2經(jīng)活化能提高其光催化活性，本實(shí)驗(yàn)選取的活化溫度為500℃，活化時(shí)間為2h。（2）SO42-和NO3-對(duì)TiO2光催化降解苯酚無(wú)明顯影響。（3）H2PO4-、HCO3-和CO32-通過(guò)影響溶液的pH值來(lái)影響TiO2對(duì)苯酚的光催化效率：H2PO4-通過(guò)降低溶液的pH值來(lái)提高光催化活性；HCO3-和CO32-則通過(guò)提高溶液的pH值降低光催化活性，且CO32-對(duì)光催化活性的抑制作用強(qiáng)于HCO3-。

【摘 要】 在紫外光照射下，TiO2（P25）具有很強(qiáng)的光催化能力，可以降解有機(jī)污染物，光解水制氫等，所以人們非常希望這項(xiàng)技術(shù)能夠早日應(yīng)用到實(shí)際廢水的處理中去，然而在實(shí)際工業(yè)廢水中通常會(huì)含有多種有機(jī)、無(wú)機(jī)離子，這些離子很容易造成催化劑活性降低。以TiO2（P25）為光催化劑，研究水中常見(jiàn)的五種無(wú)機(jī)陰離子（SO42-、NO3-、H2PO4-、HCO3-和CO32-）對(duì)TiO2光催化降解苯酚水溶液的影響，并試圖揭示影響機(jī)理。

【關(guān)鍵詞】 TiO2 光催化降解 五種無(wú)機(jī)陰離子 光催化活性

1 納米TiO2活化前后光催化活性的比較

將德國(guó)德固賽公司生產(chǎn)的納米TiO2放置入馬弗爐中，于500℃焙燒2h以活化。分別選取活化與未活化的TiO2，用量均為1g/L，加入100mL初始濃度為20mg/L的苯酚水溶液，先在暗處磁力攪拌30min，達(dá)到吸附平衡后打開(kāi)紫外燈照射，繼續(xù)攪拌，反應(yīng)時(shí)間為1h，測(cè)定反應(yīng)前后溶液中苯酚的濃度，計(jì)算降解率。對(duì)納米TiO2進(jìn)行焙燒活化能提高其光催化活性，500℃焙燒2h使苯酚的降解率從39%提高至54%。這是因?yàn)門iO2粉體有銳鈦礦型和金紅石型兩種晶型，經(jīng)500℃左右熱處理會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦型，而銳鈦礦型TiO2比金紅石型TiO2具有更好的光催化效能。并且高溫活化能防止TiO2晶粒的團(tuán)聚。所以接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)均先對(duì)TiO2進(jìn)行活化處理。

2 SO42-和NO3-對(duì)TiO2光催化降解苯酚的影響

3 H2PO4-、HCO3-和CO32-對(duì)TiO2光催化降解苯酚活性的影響

NaH2PO4、NaHCO3和Na2CO3濃度為5mmol/L，H2PO4-大大提高了苯酚的去除率，由54.7%升高至73%，而HCO3-和CO32-則降低了TiO2的光催化活性，1h苯酚的去除率分別降低了11.3%和21.8%。

溶液的pH值是影響TiO2光催化活性的一個(gè)重要環(huán)境因素。pH值能改變水中TiO2的表面電荷，從而改變顆粒在水中的分散狀況，進(jìn)而影響其受光線照射的面積和光催化活性。pH值能影響污染物在光催化劑表面的吸附，而污染物在光催化劑表面的吸附是光催化反應(yīng)發(fā)生的關(guān)鍵因素。Kashif Naeem在實(shí)驗(yàn)中考察了pH對(duì)TiO2降解苯酚活性的影響，得出結(jié)論：苯酚的降解速率隨pH（4-10）的增大而增大，在pH為5的點(diǎn)達(dá)到最大值，隨后隨著pH的增大，反應(yīng)速率減小。TiO2在水溶液中具有雙親性，而TiO2的等電點(diǎn)為pHPZC=6.8，當(dāng)溶液pH<6.8時(shí)，TiO2表面帶正電，pH>6.8時(shí)，TiO2表面帶負(fù)電。對(duì)于帶電荷的污染物，pH值對(duì)TiO2對(duì)其吸附和光催化降解有著決定性的影響。一般說(shuō)來(lái)，酸性pH值條件有利于陰離子型的污染物在TiO2表面的吸附和光催化氧化，而在堿性pH值條件下有利于陽(yáng)離子型污染物在TiO2表面的吸附和光催化氧化。苯酚在水中能夠電離出H+，帶負(fù)電荷。因此，當(dāng)加入NaH2PO4濃度逐漸增大從而溶液的pH值由6.16逐步降為5.05時(shí)，TiO2對(duì)苯酚的降解率亦逐步增大。

NaH2PO4濃度增加而降低；Na2CO3使得溶液的pH值由6.16升高至10.56、10.75、10.83、10.9和10.92，苯酚的降解率也隨著NaH2PO4濃度增加而降低；并且Na2CO3對(duì)TiO2光催化氧化苯酚的抑制作用強(qiáng)于NaHCO3。同樣，利用TiO2在水溶液中具有雙親性來(lái)解釋。NaHCO3和Na2CO3的加入使溶液pH值由6.16升高至8.77和10.92，高于TiO2的等電點(diǎn)pHPZC（6.8），因此TiO2表面所帶電荷由正電荷轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)電荷，不利于苯酚的吸附和光催化氧化，并且Na2CO3所應(yīng)起溶液pH值的變化大于NaHCO3，所以Na2CO3對(duì)苯酚光催化反應(yīng)的抑制作用強(qiáng)于NaHCO3。

4 結(jié)語(yǔ)

主要考查了TiO2的活化和水中常見(jiàn)的五種無(wú)機(jī)陰離子（SO42-、NO3-、H2PO4-、HCO3-和CO32-）對(duì)TiO2光催化降解本分的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可得到如下結(jié)論：（1）納米TiO2經(jīng)活化能提高其光催化活性，本實(shí)驗(yàn)選取的活化溫度為500℃，活化時(shí)間為2h。（2）SO42-和NO3-對(duì)TiO2光催化降解苯酚無(wú)明顯影響。（3）H2PO4-、HCO3-和CO32-通過(guò)影響溶液的pH值來(lái)影響TiO2對(duì)苯酚的光催化效率：H2PO4-通過(guò)降低溶液的pH值來(lái)提高光催化活性；HCO3-和CO32-則通過(guò)提高溶液的pH值降低光催化活性，且CO32-對(duì)光催化活性的抑制作用強(qiáng)于HCO3-。