您的位置:網(wǎng)站首頁(yè) > 優(yōu)秀論文 > 正文
牡蠣殼粉為載體的TiO2催化超聲降解偶氮品紅溶液的研究
作者:張兆霞來(lái)源:原創(chuàng)日期:2012-07-20人氣:923
美國(guó)VarianMercury,VX-300核磁共振儀;美國(guó)Perkin-Elmer,Lambda-17紫外-可見(jiàn)光譜儀;惠普上海分析儀器有限公司,7230分光光度計(jì);昆山市超聲儀器有限公司,KQ-100系列超聲反應(yīng)器。偶氮品紅(分析純,北京化工廠);納米TiO2(銳鈦型和金紅石型,攀枝花鋼鐵研究院納米材料工程中心);牡蠣殼粉為200目過(guò)篩。
(二)分析方法
偶氮品紅的微量分析采用紫外-可見(jiàn)分光光度法。對(duì)偶氮品紅溶液進(jìn)行紫外-可見(jiàn)光譜全程掃描,確定最大吸收峰的波長(zhǎng)和吸光度,對(duì)濃度作標(biāo)準(zhǔn)工作曲線,待測(cè)溶液用內(nèi)插法確定濃度,由濃度變化計(jì)算偶氮品紅的降解率。COD的測(cè)試采用重鉻酸鉀法。在水樣中加入已知量重鉻酸鉀溶液,并在強(qiáng)酸介質(zhì)下以銀鹽為催化劑,經(jīng)沸騰回流后,以試亞鐵靈(1,10-鄰菲繞啉)為指示劑,用硫酸亞鐵銨滴定水樣中未被還原的重鉻酸鉀,由消耗的硫酸亞鐵銨的量換算成消耗氧的質(zhì)量濃度。
(三)納米TiO2的固定化及其負(fù)載量的測(cè)定
室溫下,加入一定比例的Ti(OC4O9)4和環(huán)己烷,攪拌,取50g載體浸漬于該溶液,靜置10h,傾去清液,150℃烘干,蒸餾水反復(fù)沖洗,90℃烘干,在馬炥爐中焙燒,粉碎,過(guò)200目篩,即得固定化納米TiO2超聲降解催化劑。為提高負(fù)載量,可進(jìn)行多次浸漬。稱取一定量固定化納米TiO2的載體,加濃H2SO4,(NH4)2SO4后,加熱溶解,H2O2顯色,于50mL容量瓶中定容,在400nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度,計(jì)算納米TiO2負(fù)載量。
(四)牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化性能的測(cè)定
準(zhǔn)確稱取偶氮品紅配成濃度為20mg/L的溶液100mL,加入到底面積50cm2自制的玻璃反應(yīng)器中,加入60mg牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑,用鹽酸調(diào)溶液的pH值為2.00,然后放入頻率為25kHz超聲發(fā)生器中。反應(yīng)過(guò)程中,每隔20min取樣,對(duì)其進(jìn)行紫外-可見(jiàn)光譜測(cè)定,以此來(lái)確定牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑的超聲催化性能。結(jié)果如圖1所示。
二、結(jié)果與討論
(一)牡蠣殼粉負(fù)載TiO2超聲催化性能的判斷
由圖1可見(jiàn)酸性品紅溶液的紫外-可見(jiàn)吸收光譜的吸光度越來(lái)越弱,直至完全消失。這說(shuō)明在超聲波和牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑的聯(lián)合作用下,溶液中的酸性品紅越來(lái)越少,最后被完全降解。
(二)牡蠣殼粉負(fù)載金紅石和銳鈦礦型TiO2超聲催化性能的比較
用25kHz和50W的超聲波照射初始濃度為20mg/L酸性品紅配置液,溫度25℃,pH值3.0,按0.6g/L加入牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑,每隔20min取樣測(cè)量吸光度,以此計(jì)算酸性品紅降解率。結(jié)果如圖2所示??梢钥闯觯谕瑯訔l件下牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑對(duì)酸性品紅的降解率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于市售金紅石型和銳鈦礦型TiO2。同時(shí),在超聲降解酸性品紅過(guò)程中,金紅石型TiO2要優(yōu)于銳鈦礦型TiO2。這一點(diǎn)與TiO2光催化的結(jié)果正好相反[11]。
(三)超聲波頻率對(duì)牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化超聲降解偶氮品紅的影響
分別用不同頻率(20,25,30和90kHz)和50W的超聲波照射初始濃度為20mg/L偶氮品紅配置液,溫度25℃,pH值2.0,按0.6g/L加入牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑,每隔20min取樣測(cè)量吸光度,以此計(jì)算偶氮品紅降解率。結(jié)果如圖3所示,顯示在這四種頻率超聲波的照射下,偶氮品紅降解率總體趨勢(shì)都是隨著照射時(shí)間的增加而提高。但整個(gè)降解過(guò)程中,25kHz的超聲波略優(yōu)于其它三種頻率。由于TiO2催化超聲降解機(jī)理還沒(méi)有搞清楚,因此,超聲波頻率與TiO2催化劑催化性能的關(guān)系還難于解釋。
(四)催化劑的加入量對(duì)TiO2催化超聲降解偶氮品紅的影響
用25kHz和50W的超聲波照射初始濃度為20mg/L偶氮品紅配置液,溫度25℃,pH值2.0,按0.2、0.6、1.5和2.0g/L加入牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑,每隔20min取樣測(cè)量吸光度,以此計(jì)算偶氮品紅降解率。結(jié)果如圖4所示,顯示催化劑加入量的增加可以提高偶氮品紅的降解率,但在60min時(shí)1.0和1.6g/L加入量的降解率已經(jīng)相當(dāng)接近,只是緩慢地提高,由此可知催化劑的加入量在1.5-2.0g/L較為合適。
(五)牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化超聲降解偶氮品紅機(jī)理的探討
對(duì)TiO2催化超聲降解有機(jī)物機(jī)理的解釋目前有兩種可以接受的觀點(diǎn):一種是聲致發(fā)光機(jī)理,聲致發(fā)光可由超聲波能使水中的照相底片感光這一實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明。超聲產(chǎn)生的光可以使牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑發(fā)揮光催化劑的作用;另一種是高熱激發(fā)機(jī)理,超聲波在水中產(chǎn)生的熱點(diǎn)高達(dá)幾千K,本身就可以使水分子產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的?OH自由基,但效率極低。牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑獲得這部分能量后導(dǎo)致氧原子逃離晶格而產(chǎn)生空穴,空穴的存在可以導(dǎo)致OH自由基生成。偶氮品紅等有機(jī)物被?OH自由基氧化直至徹底破壞變成CO2和H2O等是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程,其中必有一系列中間產(chǎn)物生成,遺憾的是通過(guò)核磁共振譜來(lái)跟蹤觀察并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)中間產(chǎn)物,只是發(fā)現(xiàn)溶液中的偶氮品紅在牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑和超聲波的聯(lián)合作用下分批地消失。這可能是偶氮品紅分子一旦靠近催化劑表面很快就被包圍在TiO2周圍的?OH自由基徹底破壞。
(二)分析方法
偶氮品紅的微量分析采用紫外-可見(jiàn)分光光度法。對(duì)偶氮品紅溶液進(jìn)行紫外-可見(jiàn)光譜全程掃描,確定最大吸收峰的波長(zhǎng)和吸光度,對(duì)濃度作標(biāo)準(zhǔn)工作曲線,待測(cè)溶液用內(nèi)插法確定濃度,由濃度變化計(jì)算偶氮品紅的降解率。COD的測(cè)試采用重鉻酸鉀法。在水樣中加入已知量重鉻酸鉀溶液,并在強(qiáng)酸介質(zhì)下以銀鹽為催化劑,經(jīng)沸騰回流后,以試亞鐵靈(1,10-鄰菲繞啉)為指示劑,用硫酸亞鐵銨滴定水樣中未被還原的重鉻酸鉀,由消耗的硫酸亞鐵銨的量換算成消耗氧的質(zhì)量濃度。
(三)納米TiO2的固定化及其負(fù)載量的測(cè)定
室溫下,加入一定比例的Ti(OC4O9)4和環(huán)己烷,攪拌,取50g載體浸漬于該溶液,靜置10h,傾去清液,150℃烘干,蒸餾水反復(fù)沖洗,90℃烘干,在馬炥爐中焙燒,粉碎,過(guò)200目篩,即得固定化納米TiO2超聲降解催化劑。為提高負(fù)載量,可進(jìn)行多次浸漬。稱取一定量固定化納米TiO2的載體,加濃H2SO4,(NH4)2SO4后,加熱溶解,H2O2顯色,于50mL容量瓶中定容,在400nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度,計(jì)算納米TiO2負(fù)載量。
(四)牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化性能的測(cè)定
準(zhǔn)確稱取偶氮品紅配成濃度為20mg/L的溶液100mL,加入到底面積50cm2自制的玻璃反應(yīng)器中,加入60mg牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑,用鹽酸調(diào)溶液的pH值為2.00,然后放入頻率為25kHz超聲發(fā)生器中。反應(yīng)過(guò)程中,每隔20min取樣,對(duì)其進(jìn)行紫外-可見(jiàn)光譜測(cè)定,以此來(lái)確定牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑的超聲催化性能。結(jié)果如圖1所示。
二、結(jié)果與討論
(一)牡蠣殼粉負(fù)載TiO2超聲催化性能的判斷
由圖1可見(jiàn)酸性品紅溶液的紫外-可見(jiàn)吸收光譜的吸光度越來(lái)越弱,直至完全消失。這說(shuō)明在超聲波和牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑的聯(lián)合作用下,溶液中的酸性品紅越來(lái)越少,最后被完全降解。
(二)牡蠣殼粉負(fù)載金紅石和銳鈦礦型TiO2超聲催化性能的比較
用25kHz和50W的超聲波照射初始濃度為20mg/L酸性品紅配置液,溫度25℃,pH值3.0,按0.6g/L加入牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑,每隔20min取樣測(cè)量吸光度,以此計(jì)算酸性品紅降解率。結(jié)果如圖2所示??梢钥闯觯谕瑯訔l件下牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑對(duì)酸性品紅的降解率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于市售金紅石型和銳鈦礦型TiO2。同時(shí),在超聲降解酸性品紅過(guò)程中,金紅石型TiO2要優(yōu)于銳鈦礦型TiO2。這一點(diǎn)與TiO2光催化的結(jié)果正好相反[11]。
(三)超聲波頻率對(duì)牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化超聲降解偶氮品紅的影響
分別用不同頻率(20,25,30和90kHz)和50W的超聲波照射初始濃度為20mg/L偶氮品紅配置液,溫度25℃,pH值2.0,按0.6g/L加入牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑,每隔20min取樣測(cè)量吸光度,以此計(jì)算偶氮品紅降解率。結(jié)果如圖3所示,顯示在這四種頻率超聲波的照射下,偶氮品紅降解率總體趨勢(shì)都是隨著照射時(shí)間的增加而提高。但整個(gè)降解過(guò)程中,25kHz的超聲波略優(yōu)于其它三種頻率。由于TiO2催化超聲降解機(jī)理還沒(méi)有搞清楚,因此,超聲波頻率與TiO2催化劑催化性能的關(guān)系還難于解釋。
(四)催化劑的加入量對(duì)TiO2催化超聲降解偶氮品紅的影響
用25kHz和50W的超聲波照射初始濃度為20mg/L偶氮品紅配置液,溫度25℃,pH值2.0,按0.2、0.6、1.5和2.0g/L加入牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑,每隔20min取樣測(cè)量吸光度,以此計(jì)算偶氮品紅降解率。結(jié)果如圖4所示,顯示催化劑加入量的增加可以提高偶氮品紅的降解率,但在60min時(shí)1.0和1.6g/L加入量的降解率已經(jīng)相當(dāng)接近,只是緩慢地提高,由此可知催化劑的加入量在1.5-2.0g/L較為合適。
(五)牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化超聲降解偶氮品紅機(jī)理的探討
對(duì)TiO2催化超聲降解有機(jī)物機(jī)理的解釋目前有兩種可以接受的觀點(diǎn):一種是聲致發(fā)光機(jī)理,聲致發(fā)光可由超聲波能使水中的照相底片感光這一實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明。超聲產(chǎn)生的光可以使牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑發(fā)揮光催化劑的作用;另一種是高熱激發(fā)機(jī)理,超聲波在水中產(chǎn)生的熱點(diǎn)高達(dá)幾千K,本身就可以使水分子產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的?OH自由基,但效率極低。牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑獲得這部分能量后導(dǎo)致氧原子逃離晶格而產(chǎn)生空穴,空穴的存在可以導(dǎo)致OH自由基生成。偶氮品紅等有機(jī)物被?OH自由基氧化直至徹底破壞變成CO2和H2O等是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程,其中必有一系列中間產(chǎn)物生成,遺憾的是通過(guò)核磁共振譜來(lái)跟蹤觀察并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)中間產(chǎn)物,只是發(fā)現(xiàn)溶液中的偶氮品紅在牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑和超聲波的聯(lián)合作用下分批地消失。這可能是偶氮品紅分子一旦靠近催化劑表面很快就被包圍在TiO2周圍的?OH自由基徹底破壞。
欄目分類
熱門排行
推薦信息
- 如何在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)中提升學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)
- 化學(xué)分析在化工材料檢測(cè)中的發(fā)展前景
- 探討綠色化工技術(shù)在傳統(tǒng)化學(xué)工藝中應(yīng)用分析
- 促進(jìn)創(chuàng)新資源高效配置和綜合集成研究
- 胡椒酸己二胺的合成及工藝研究
- 大氣化學(xué)反應(yīng)過(guò)程
- 化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生探究能力的培養(yǎng)
- 淺談高中化學(xué)分層教學(xué)模式的有效實(shí)施
- 淺談化學(xué)教育在我國(guó)的發(fā)展歷程
- 從可持續(xù)發(fā)展淺談工業(yè)化學(xué)
期刊知識(shí)
- 2023JCR影響因子正式公布!
- 國(guó)內(nèi)核心期刊分級(jí)情況概覽及說(shuō)明!本篇適用人群:需要發(fā)南核、北核、CSCD、科核、AMI、SCD、RCCSE期刊的學(xué)者
- 我用了一個(gè)很復(fù)雜的圖,幫你們解釋下“23版最新北大核心目錄有效期問(wèn)題”。
- 重磅!CSSCI來(lái)源期刊(2023-2024版)最新期刊目錄看點(diǎn)分析!全網(wǎng)首發(fā)!
- CSSCI官方早就公布了最新南核目錄,有心的人已經(jīng)拿到并且投入使用!附南核目錄新增期刊!
- 北大核心期刊目錄換屆,我們應(yīng)該熟知的10個(gè)知識(shí)點(diǎn)。
- 注意,最新期刊論文格式標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)布,論文寫作規(guī)則發(fā)生重大變化!文字版GB/T 7713.2—2022 學(xué)術(shù)論文編寫規(guī)則
- 盤點(diǎn)那些評(píng)職稱超管用的資源,1,3和5已經(jīng)“絕種”了
- 職稱話題| 為什么黨校更認(rèn)可省市級(jí)黨報(bào)?是否有什么說(shuō)據(jù)?還有哪些機(jī)構(gòu)認(rèn)可黨報(bào)?
- 《農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)》論文投稿解析,難度指數(shù)四顆星,附好發(fā)選題!