粉煤灰负载二氧化钛光催化降解水中有机物.pdf

粉煤灰综合利用F L YA S HC O M P R E H E N S I V EU T。I Z A T I O N2 0 1 5N o 2粉煤灰负载二氧化钛光催化降解水中有机物P h o t o c a t a l y t i cd e g r a d a t i n gO r g a n i cp o l l u t a n t si nw a t e rb yT i t a n i aa n c h o r e d o nC o a lf l ya s h段瑞斌1，潘渊2，段瑞溪3(1 广东省建筑科学研究院集团股份有限公司，广州5 1 0 5 3 0；2 佛山市南海区正舁建筑工程质量检测有限公司，广东佛山，5 2 8 2 0 0；3 中国石油集团海洋工程有限公司工程设计院，北京，1 0 0 0 2 8)摘要：以燃煤电厂排放的粉煤灰微球为载体，采用溶胶一凝胶法将T i O：负载到粉煤灰微球的表面，得到一种新型的复合光催化材料T i O：C F A。对T i O：C F A 进行了扫描电镜、x 射线衍射和氮吸附测试，并以罗丹明溶液的光催化降解脱色反应，研究了T i O：负载量对T i O：C F A 光催化性能及重复使用性能的影响。结果表明，T i O：负载量的增加有助于提高T i O：C F A 的光催化性能，但当T i O：负载量过高时，粉煤灰微球上负载的T i O：颗粒在水处理过程中容易脱落，对T i O：C F A 光催化剂的重复使用性能不利。本研究中，最佳T i O：的负载量为8 3，循环使用6 次，其光催化降解效率没有明显降低，罗丹明的降解脱色率均达9 7 以上。关键词：粉煤灰；二氧化钛；光催化中图分类号：T Q 4 2 6 6 2文献标识码：A文章编号：1 0 0 5-8 2 4 9(2 0 1 5)0 2-0 0 1 5-0 4粉煤灰是燃煤电厂粉煤燃烧排放的废弃物，粒径在微米级。我国每年排放的粉煤灰超过1 亿t，其重复利用率仅4 1 7，其余大部分被堆积废弃，不仅占用了大量耕地，而且极易造成环境污染，因此粉煤灰的综合利用逐渐成为当今科研工作者们的重要课题之一1。纳米氧化钛光催化剂是近年来发展起来的一种新型环境友好材料旧 3|，可以利用光能对水中或者空气中的有机污染物进行光催化降解，最终生成无毒、无味的C O：、H：O 及一些简单的无机物MJ。早期研究中，大多将T i O：粉末与废水组成悬浮体系IS ，T i O：粉末能与废水充分混合，有利于提高光催化降解效率。然而，由于纳米颗粒尺寸细小，水处理后很难回收重复利用，通常的解决办法是将T i O：负载到一定的载体上使用。目前，T i O：的负载方法主要有溶胶一凝胶法、化学沉积法、电泳法、溅射法等。被用来作为T i O：载体的材料，按是否具有孑L 吸附性能可分为非吸附性载体(如：玻璃片、陶瓷片、金属片等)和吸附性载体(如：活性炭、作者简介：段瑞斌，(1 9 8 2)男。硕士工程师。主要从事建筑材料科研、检测等工作。E m a i l：s h a n d o n g d u a n s h i 1 2 6 t o m收稿日期：2 0 1 4 1 2 1 5活性炭纤维等)。纳米T i O：的负载是近年来光催化领域的研究热点之一，取得了大量的研究成果1。普遍认为：与粉末态催化剂与废水组成的悬浮体系相比，以玻璃片、陶瓷片、金属片等非吸附性载体负载的催化剂难以有效分散于水中与目标污染物充分接触，光催化降解效率往往会降低 8 j。活性炭、活性炭纤维等多孑L 载体由于其吸附性能可在一定程度上提高光催化降解效率1 0 j，但这些吸附性载体的价格往往较高，无疑会增加水处理的成本。因此，急需寻找一种廉价、化学性质稳定、易于回收、能有效分散于水中与目标污染物充分接触的理想载体。与纳米T i O，粉末相比，粉煤灰颗粒大质量重，以粉煤灰为载体制备负载型T i O：光催化剂，水处理后只需静置沉降就可实现催化剂的分离回收；与玻璃片、陶瓷片、金属片这类载体相比，微米级的粉煤灰在搅拌和鼓气的状态下可与废水组成悬浮体系，能够与目标污染物充分接触；与活性炭、活性炭纤维等载体相比，以废弃的粉煤灰为载体，不仅能降低水处理的成本，而且节能环保、以废制废；此外，粉煤灰的主要化学成分为硅铝氧化物，化学性质稳定。因此，粉煤灰或许是一种较为理想的载体。因此，本研究尝试以粉煤灰为载体，采用溶胶一1 5 2 0 1 5N O 2粉煤灰综合利用F L Y A S HC o I P R E H E N S EU T I L I Z A T I O N凝胶法将T i O：负载到粉煤灰微球的表面，制备新型的复合光催化材料T i O：C F A，并研究了负载量的变化对复合光催化材料T i O：C F A 外观形貌、晶体结构、孔径