紫外光照下改性A-TiO2降解番红花红T.pdf

紫外光照下改性 Ａ-ＴｉＯ２降解番红花红 Ｔ ① 张一兵１，２， 陈 楠１ （１．上饶师范学院 化学与环境科学学院，江西 上饶 ３３４００１； ２．江西省塑料制备成型重点实验室，江西 上饶 ３３４００１） 摘 要 用水热法制备了掺 Ｆｅ ３＋ 改性 ＴｉＯ２粉末，通过 ＸＲＤ 对其结构进行了表征，并研究了在紫外光照下该掺 Ｆｅ ３＋ 改性 ＴｉＯ２对番红 花红 Ｔ 的催化降解效果。 结果表明ＴｉＯ２晶体属于纯锐钛矿型（Ａ-ＴｉＯ２）；优化降解条件为番红花红 Ｔ 溶液初始浓度 １５ ｍｇ／ Ｌ， ｐＨ＝５，５％掺 Ｆｅ ３＋ 量的 Ａ-ＴｉＯ２用量 ４ ｇ／ Ｌ，１６ ℃下经 ２５４ ｎｍ 照射反应 ５５ ｍｉｎ，该条件下番红花红 Ｔ 降解率 ５９．５％；相同优化条件下 进行暗吸附，３０ ｍｉｎ 达到吸附平衡，Ａ-ＴｉＯ２对番红花红 Ｔ 平衡吸附量 ２．０２ ｍｇ／ ｇ。 番红花红 Ｔ 降解率与吸附率基本正相关。 关键词 二氧化钛； 番红花红 Ｔ； 掺杂； 铁离子； 改性 Ａ-ＴｉＯ２； 光催化； 降解； 暗吸附 中图分类号 Ｘ１３１．２文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０２０．０３．０３４ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０２０）０３－０１３３－０５ Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓａｆｒａｎｉｎ Ｔ ｂｙ ｔｈｅ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ａ-ＴｉＯ２ Ｕｎｄｅｒ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｌｉｇｈｔ ＺＨＡＮＧ Ｙｉ-ｂｉｎｇ１，２， ＣＨＥＮ Ｎａｎ１ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｓｈａｎｇｒａｏ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈａｎｇｒａｏ ３３４００１， Ｊｉａｎｇｘｉ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｊｉａｎｇｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｏｌｄｉｎｇ， Ｓｈａｎｇｒａｏ ３３４００１， Ｊｉａｎｇｘｉ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ Ｆｅ ３＋ ｄｏｐｅｄ ＴｉＯ２ｐｏｗｄｅｒ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｍｅｔｈｏｄ， ｉｔｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ＸＲＤ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏ-ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｆｒａｎｉｎ Ｔ ｂｙ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ＴｉＯ２ｕｎｄｅｒ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｌｉｇｈｔ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ＴｉＯ２ｉｓ ｏｆ ｐｕｒｅ ａｎａｔａｓｅ （Ａ-ＴｉＯ２）． Ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｆｒａｎｉｎ Ｔ ｒｅａｃｈｅｄ ５９．５％ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａｎ ｉｎｉｔｉａｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｆｒａｎｉｎ Ｔ ａｔ １５ ｍｇ／ Ｌ， ｐＨ ｏｆ ５， ５％ Ｆｅ ３＋ ｄｏｐｅｄ Ａ-ＴｉＯ２ａｔ ａｎ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ４ ｇ／ Ｌ， ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｆｏｒ ５５ ｍｉｎ ａｔ ｕｖ-ｌｉｇｈｔ （２５４ ｎｍ） ａｔ １６ ℃． Ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｗｉｔｈｏｕｔ ｌｉｇｈｔ ｗａｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｓｈｏｗｉｎｇ ａｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｂｅｉｎｇ ｒｅａｃｈｅｄ ｗｉｔｈｉｎ ３０ ｍｉｎ． Ｔｈｅ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ Ａ-ＴｉＯ２ｆｏｒ ｓａｆｒａｎｉｎ Ｔ ｗａｓ ２．０２ ｍｇ／ ｇ． Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｓａｆｒａｎｉｎ Ｔ ｉｓ ａｌｍｏｓｔ ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒａｔｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｄｉｏｘｉｄｅ； ｓａｆｒａｎｉｎ Ｔ； ｄｏｐｉｎｇ； Ｆｅ ３＋ ； ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ａ-ＴｉＯ２； ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ； ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ； ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｗｉｔｈｏｕｔ ｌｉｇｈｔ 随着化学工业的发展，环境污染物种类和数量日 益增多，其中印染废水以其排放量大、污染面广、组成 成分复杂、可生化性差等特点已成为当今最主要的污 染来源，严重损害自然环境和人类健康［１］。 印染废水 的有机物污染物以染料中间体为主，番红花红 Ｔ 便是 其中一种。 国内外处理印染废水的主要方式有生物 法［２］、光催化法［３］、化学氧化法［４］、电解法［５］等。 近几 十年来由于太阳能化学的进展，催兴了人们对光催化 法处理废水的研究，其原理是催化剂吸收光子激发产 生的电子和空穴，通过反应生成强氧化剂如羟基自由 基等，这些自由基能将有机物降解成小分子甚至矿化 为水及二氧化碳。 在众多的光催化半导体催化剂中， 二氧化钛成为主要的研究对象。 二氧化钛有三种晶 型锐钛矿型（Ａ-ＴｉＯ２）、板钛矿型（Ｂ-ＴｉＯ２）和金红石 型（Ｒ-ＴｉＯ２），其中以 Ａ-ＴｉＯ２的光催化效能最佳［６］。 但 由于二氧化钛的价带与导带之间有一个较宽的禁带 （３．２ ｅＶ），仅吸收波长低于 ３８７．５ ｎｍ 的约占太阳光 ５％的紫外光，纯二氧化钛产生的光生电子和空穴容易 ①收稿日期 ２０２０－０１－１３ 基金项目 教育部第四批高等学校特色专业建设点资助项目（ＴＳ１１５２４）；江西省精品课程资助项目（赣教高字［２０１１］７４ 号）；江西省精品资 源共享课资助项目（赣教高字［２０１５］７９ 号） 作者简介 张一兵（１９６３－），男，江西上饶人，硕士，教授，主要从事无机化学与无机材料的研究。 第 ４０ 卷第 ３ 期 ２０２０ 年 ０６ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．４０ №３ Ｊｕｎｅ ２０２０ 与催化剂相内和表面快速复合，结果严重削减了它的 量子效率和催化效率。 因此如何缩短禁带宽度成为主 要的研究方向［７］。 研究发现，通过在二氧化钛中掺杂 金属离子可降低所需能量，其中以掺杂 Ｆｅ ３＋ 的效果最 佳。 因为 Ｆｅ ３＋ 的掺入可在二氧化钛半导体的禁带间产 生一个内禁带，缩短了能量间隙。 本文通过掺杂 Ｆｅ ３＋ 来增强二氧化钛的催化效能。 采用水热法制备掺 Ｆｅ ３＋ 的改性二氧化钛，通过 ＸＲＤ 技术表征确保产物为锐钛 矿型，研究紫外光照时间、二氧化钛用量、掺 Ｆｅ ３＋ 量、番 红花红 Ｔ 初始浓度和初始 ｐＨ 值对番红花红 Ｔ 降解率 的影响并得出优化条件，并在相同优化条件下进行番 红花红 Ｔ 溶液的暗吸附平衡测定，关联光催化降解率 与吸附率。 １ 实 验 １．１ 主要仪器与药剂 试验仪器包括高压釜（２４０ ℃，ＲＤ-１００ 型，中国石 油化工科学研究院），Ｘ 射线衍射仪（ＸＲＤ，Ｄｍａｘ／ ２５００，Ｒｉｇａｋｕ，Ｊａｐａｎ），ＷＦＨ-２０３ 三用紫外分析仪（上海 精科实业有限公司），可见分光光度计（Ｓ２２ 型，上海棱 光技术有限公司）。 试验药剂包括硫酸钛（化学纯，国药集团化学试 剂有限公司），ＦｅＣｌ３６Ｈ２Ｏ（化学纯，上海市试剂厂综 合经营公司），番红花红 Ｔ（分析纯，上海化学试剂采购 供应站）。 １．２ 催化剂的制备与表征 详仿文献［８］，以 ＦｅＣｌ３６Ｈ２Ｏ 为 Ｆｅ ３＋ 源、硫酸钛 为主原料用水热法制备摩尔掺 Ｆｅ ３＋ 量分别为 ０、２％、 ４％、５％、６％、８％的催化剂粉末，并以 ＸＲＤ 表征来确认 制备粉末是否为 Ａ-ＴｉＯ２。 １．３ 暗吸附实验 配备一定浓度的番红花红 Ｔ 溶液，以蒸馏水为参 比，测定其初始吸光度 Ａ０。 取一定量溶液，加入所需 量的制备催化剂粉末，室温下放置到暗箱中磁力搅拌 后静置，每隔一段时间取适量溶液离心两次除去粉末， 测定溶液的吸光度 Ａｔ。 进行多组平行试验。 番红花 红 Ｔ 溶液的吸附量与其质量浓度差成正比，即 Ｑ ＝ ΔＣＶ ｍ ＝ （Ｃ０ － Ｃ ｅｑ）Ｖ ｍ （１） 因为Ｃ ｔ Ｃ０ ＝ Ａｔ Ａ０，代入式（１），得 Ｑ ＝ ΔＣＶ ｍ ＝ Ａ０ － Ａ ｔ Ａ０ Ｃ０ Ｖ ｍ （２） 式中 Ｑ 为番红花红 Ｔ 溶液吸附量，ｍｇ／ ｇ；Ｃ０和 Ｃｅｑ分别 为番红花红 Ｔ 初始浓度与吸附平衡浓度，ｍｇ／ Ｌ；Ｖ 为 溶液体积，Ｌ；ｍ 为催化剂质量，ｇ。 １．４ 光催化降解实验 使用蒸馏水配制一定浓度的番红花红 Ｔ 溶液，测 定其初始吸光度 Ａ０。 取一定量溶液，加入所需量的制 备催化剂粉末，室温下放置到暗箱中磁力搅拌，用紫外 灯照射（λ＝ ２５４ ｎｍ），每隔一段时间取适量溶液离心 两次除去粉末，测定溶液的吸光度 Ａｔ。 由于番红花红 Ｔ 溶液的吸光度与其质量浓度成正比，因此番红花红 Ｔ 光催化降解率 Ｄ 可用下式计算 Ｄ ＝ Ａ０ － Ａ ｔ Ａ０ １００％（３） ２ 结果与讨论 ２．１ 制备二氧化钛的晶相 运用 ＸＲＤ 表征技术能分析确定制备二氧化钛催 化剂的晶型。 图 １ 为掺 Ｆｅ ３＋ 量 ５％制备粉末的 ＸＲＤ 衍 射图谱，２θ 分别在 ２５．８、３８．０１、４８．０５、５４．１４、５５．０６、 ６２．７８ 出现较强的衍射峰， 其相应的晶面分别是 （１０１）、（００４）、（２００）、（１０５）、（２１１）、（２０４），完全吻合 锐钛矿型二氧化钛的标准卡片（ＪＣＰＤＳ ８９４９２１），由 此断定制备粉末为 Ａ-ＴｉＯ２。 ＸＲＤ 衍射图谱中没有发 现新的衍射峰，原因可能是① Ｆｅ ３＋ 取代 Ｔｉ ４＋ 完全进入 ＴｉＯ２晶格中，故对 ＴｉＯ２晶型不造成影响；② 掺杂量 少，没能形成晶体且高度分散，故难以被检测出。 3020405060 2 / θ 101 004 200 105 211 204 图 １ 制备二氧化钛 ＸＲＤ 谱图 ２．２ 番红花红 Ｔ 溶液最大吸收波长 配制１５ ｍｇ／ Ｌ 的番红花红Ｔ 溶液（调节溶液 ｐＨ＝５）， 以蒸馏水为参比，扫描波长范围 ５００～５５０ ｎｍ 下的吸 光度，结果如图 ２ 所示。 从图 ２ 可看出，１５ ｍｇ／ Ｌ 番红 花红 Ｔ 溶液的最大吸收波长为 ５３０ ｎｍ，对应的吸光度 为 ０．４７０。 因此，在以下的吸光度测定实验中，均将波 长确定为 ５３０ ｎｍ。 ４３１矿 冶 工 程第 ４０ 卷 nm 0.60 0.45 0.30 0.15 0.00 500520530510540550 .,       图 ２ 番红花红 Ｔ 溶液的最大吸收波长 ２．３ 光催化反应条件试验 ２．３．１ 光照时间对降解率的影响 配取 ６ 份 １５ ｍｇ／ Ｌ 的番红花红 Ｔ 溶液（调节溶液 ｐＨ＝５），加入 ５％掺 Ｆｅ ３＋ 的 Ａ-ＴｉＯ２粉末 ４ ｇ／ Ｌ，研究了 光照时间对番红花红 Ｔ 降解率的影响，结果见表 １。 由表 １ 可知，伴随着光催化反应的进行，番红花红 Ｔ 降 解率不断增加，当光催化进行到 ５５ ｍｉｎ 时，降解率达 到最大值 ５９．５％，继续延长光催化时间，降解率反而呈 降低态势。 可能是随着光照时间推延，催化剂对底物 的吸附量增大，同时催化吸收光所产生的电子、空穴数 量增多，导致底物降解率随之增大，直到出现最大值； 光照时间过长，催化降解产生的自由基因有足够时间 形成吸光度大于底物的新物质（或中间体），其增大的 Ａｔ表观值经式（２）计算就得出降解率降低结果［９］。 确 定优化光照时间为 ５５ ｍｉｎ。 表 １ 光照时间对降解率的影响 光照时间／ ｍｉｎＡ０ＡｔＤ／ ％ １５０．４７００．２１３５４．７ ２５０．４７００．２０３５６．８ ３５０．４７００．１９６５８．３ ４５０．４７００．１９３５８．９ ５５０．４７００．１９２５９．５ ６５０．４７００．１９３５８．９ ７５０．４７００．１９７５８．０ ２．３．２ 番红花红 Ｔ 溶液初始 ｐＨ 值对降解率的影响 配取 ６ 份 １５ ｍｇ／ Ｌ 的番红花红 Ｔ 溶液，调节溶液 ｐＨ 值分别为 ３、４、５、６、７，分别加入 ５％掺 Ｆｅ ３＋ 的 Ａ-ＴｉＯ２ 粉末 ４ ｇ／ Ｌ，光照催化反应 ５５ ｍｉｎ，研究了番红花红 Ｔ 溶液初始 ｐＨ 值对降解率的影响，结果见表 ２。 由表 ２ 可知，当 ｐＨ＝２～５ 时，降解率一直随 ｐＨ 值增大而呈缓 慢增加态势，并且在 ｐＨ＝５ 时降解率达到最大值 ５９．５％， 继续增加 ｐＨ 值，降解率较快递减。 催化剂表面电荷 和底物的存在形式均易受到溶液 ｐＨ 值的影响。 ＴｉＯ２ 的等电点约为 ｐＨ＝５。 ｐＨ＜５ 时，催化剂晶粒表面带正 电，番红花红 Ｔ 为阳离子染料，随着 ｐＨ 值增大，二者 的同电排斥作用下降，有利于催化剂在底物吸附和光 生电子向催化剂表面迁移，故降解率随之增大；ｐＨ＝ ５ 时，电中性 ＴｉＯ２与底物的斥力最小，最有利于吸附，降 解率显示为最大；ｐＨ＞５ 时，催化剂表面带负电且负电 荷随 ｐＨ 值增大而增多，底物的正电随 ｐＨ 值增大而减 少，导致吸附量相应减少；此外 ｐＨ 值增大，相应增多 的 ＯＨ－清除羟自由基ＯＨ 的副作用增大，故降解率均 随之下降。 确定 ｐＨ＝５。 表 ２ ｐＨ 值对降解率的影响 ｐＨ 值Ａ０ＡｔＤ／ ％ ２０．４７００．２３５４２．２ ３０．４７００．２０７４９．１ ４０．４７００．１９７５１．５ ５０．４７００．１９２５９．５ ６０．４７００．２５０４６．８ ７０．４７００．２７４４１．７ ２．３．３ 番红花红 Ｔ 溶液初始浓度对降解率的影响 配取初始浓度 Ｃ０分别为 ５、１０、１５、２０、２５ ｍｇ／ Ｌ 的 番红花红 Ｔ 溶液，调节溶液 ｐＨ＝５（溶液初始 ｐＨ＝７）， 分别加入 ５％掺 Ｆｅ ３＋ 的 Ａ-ＴｉＯ２粉末 ４ ｇ／ Ｌ，光照催化反 应 ５５ ｍｉｎ，研究了番红花红 Ｔ 溶液初始浓度对降解率 的影响，结果见表 ３。 由表 ３ 可知，伴随着初始浓度增 大，番红花红 Ｔ 降解率呈较快速上升趋势，初始浓度 １５ ｍｇ／ Ｌ 时降解率达到最高点 ５９．５％，然后降解率随 着番红花红 Ｔ 初始浓度增大而较缓慢下降。 当番红 花红 Ｔ 初始浓度在较低范围内，初始浓度增大，底物 在二氧化钛表面吸附不断增加，故降解率越来越高，直 到到达最佳初始浓度时出现了最大降解率；初始浓度 过高，过量的底物分子因占据更多的催化活性位而造 成催化剂表面生成的ＯＨ 等自由基的量下降，同时 过高的底物浓度因色度高而阻碍了催化剂对光的吸 收，均导致降解率下降［１０］。 确定优化的番红花红 Ｔ 初 始浓度为 １５ ｍｇ／ Ｌ。 表 ３ 初始浓度对降解率的影响 初始浓度／ （ｍｇＬ －１ ） Ａ０ＡｔＤ／ ％ ５０．３７００．２３１３７．５ １００．４２００．２３７４３．３ １５０．４７００．１９２５９．５ ２００．５０３０．２４６５１．０ ２５０．５２３０．２９１４４．３ ５３１第 ３ 期张一兵等 紫外光照下改性 Ａ-ＴｉＯ２降解番红花红 Ｔ ２．３．４ 掺 Ｆｅ ３＋ 量对降解率的影响 配取 ６ 份初始浓度 １５ ｍｇ／ Ｌ 的番红花红 Ｔ 溶液， 调节溶液 ｐＨ＝ ５，加入 ４ ｇ／ Ｌ 不同掺 Ｆｅ ３＋ 量的 Ａ-ＴｉＯ２ 粉末，光照催化反应 ５５ ｍｉｎ，研究了掺 Ｆｅ ３＋ 量对番红花 红 Ｔ 降解率的影响，结果见表 ４。 由表 ４ 可知，伴随着 掺 Ｆｅ ３＋ 量增加，番红花红 Ｔ 降解率也不断增加，当掺 Ｆｅ ３＋ 量增加到 ５％时，降解率达到最大 ５９．５％。 继续增 加掺 Ｆｅ ３＋ 量，降解率较快下降。 由于在二氧化钛内掺 Ｆｅ ３＋ 可以缩短导带与价带之间的距离，吸收较低的能 量也能激发电子，产生光生电子和空穴［１１］。 Ｆｅ ３＋ 能够 接受电子，使光生电子与光生空穴有效分离，降低电子 空穴对的复合几率，在二氧化钛表面产生更多的 ＯＨ，从而提高光催化效率［１２］。 研究发现掺 Ｆｅ ３＋ 量 存在一个最佳值［１３］。 低于最佳值时，随着掺 Ｆｅ ３＋ 量增 加，催化剂晶体中俘获的载流子陷阱数量增多，底物降 解率增大；高于最佳值时，多余的 Ｆｅ ３＋ 成为光生电子与 光生空穴的复合中心，电子与空穴的复合速度快速增 加，大大降低电子的分离效率，导致光催化降解率降 低［１４］。 确定优化的掺 Ｆｅ ３＋ 量为 ５％。 表 ４ 掺 Ｆｅ ３＋ 量对降解率的影响 掺 Ｆｅ ３＋ 量／ ％ Ａ０ＡｔＤ／ ％ ００．４７００．２０３５６．８ ２０．４７００．１９８５７．８ ４０．４７００．１９３５８．９ ５０．４７００．１９２５９．５ ６０．４７００．２０１５７．２ ８０．４７００．２０５５６．３ ２．３．５ 催化剂用量对降解率的影响 配取 ５ 份 １５ ｍｇ／ Ｌ 的番红花红 Ｔ 溶液，调节溶液 的 ｐＨ＝５，加入不同用量 ５％掺 Ｆｅ ３＋ 量的 Ａ-ＴｉＯ２粉末， 光照催化反应 ５５ ｍｉｎ，研究了 Ａ-ＴｉＯ２粉末用量对番红 花红 Ｔ 降解率的影响，结果见图 ３。 由图 ３ 可知，伴随 着 Ａ-ＴｉＯ２用量增加，番红花红 Ｔ 降解率不断提高，当 Ａ-ＴｉＯ２用量上升到 ４ ｇ／ Ｌ 时， 降解率达到最大值 ５９．５％，继续增加 Ａ-ＴｉＯ２用量，降解率反而降低。 伴随 催化剂用量不断增加，二氧化钛吸收的光子也不断增 多，由此光生电子和空穴量增多，即在催化剂表面发生 氧化还原反应生成的强氧化剂ＯＨ 量增大，所以降 解效率随之提升，直至达到最大值；但当用量过大时， 多出的催化剂粉末会对入射光产生一定程度的散射作 用（丁达尔现象）和遮蔽作用，使入射光不能有效到达 二氧化钛表面，降低了光的利用效率，使降解率降低。 确定优化的催化剂用量为 ４ ｇ／ Ｌ。 A-TiO2A4g L-1 80 60 40 20 00 1234576 115       图 ３ Ａ-ＴｉＯ２用量对降解率的影响 ２．３．６ 优化条件试验 综上所述，确定的优化条件为番红花红 Ｔ 初始 浓度 １５ ｍｇ／ Ｌ，ｐＨ＝ ５，掺 Ｆｅ ３＋ 量 ５％、Ａ-ＴｉＯ２粉末用量 ４ ｇ／ Ｌ，光照时间５５ ｍｉｎ，光波长 ２５４ ｎｍ，反应温度 １６ ℃。 在该优化条件下进行实验，改性 Ａ-ＴｉＯ２对红花红 Ｔ 的 光催化降解率为 ５９．５％。 ２．４ 关联催化剂的吸附性能与光催化效率 ２．４．１ 暗吸附 番红花红 Ｔ 浓度 １５ ｍｇ／ Ｌ、调节溶液 ｐＨ＝５、加入 ５％掺 Ｆｅ ３＋ 的 Ａ-ＴｉＯ２粉末 ４ ｇ／ Ｌ，置入暗箱中，于室温 下进行暗吸附，结果如图 ４ 所示。 由图 ４ 可知，当吸附 时间达到 ３０ ｍｉｎ 时，吸附量达到 ２．０２ ｍｇ／ ｇ；继续增加 吸附时间，吸附量并没有发生明显变化。 所以番红花 红 Ｔ 溶液达到吸附平衡的时间为 ３０ ｍｉｎ，平衡吸附量 为 ２．２０ ｍｇ／ ｇ。 -;0min 3 2 1 00 102030405060 -4mg g-1      图 ４ 催化剂对番红花红 Ｔ 的暗吸附 ２．４．２ 催化剂的吸附性能与催化性能的关系 图 ５～６ 分别为优化条件下改性 Ａ-ＴｉＯ２对番红花 红 Ｔ 的光催化降解率 Ｄ 和暗吸附率 Ｅ 的曲线。 关联 二图可知，Ｄ 与 Ｅ 基本正相关。 最佳催化降解时间 ５５ ｍｉｎ 比吸附平衡时间 ３０ ｍｉｎ 有滞后的原因可能是暗 吸附达到平衡时光量子效率还没有达到最大，延长一 定时间后，催化效率才达到最大。 ６３１矿 冶 工 程第 ４０ 卷 -;0min 60 58 56 54 5210 20304060507080 115        图 ５ 改性 Ａ-ＴｉＯ２对番红花红 Ｔ 降解率曲线 -;0min 70 55 40 25 100 102030504060 -5       图 ６ 改性 Ａ-ＴｉＯ２对番红花红 Ｔ 暗吸附率曲线 ３ 结 论 １） 用水热法制备了掺 Ｆｅ ３＋ 改性 ＴｉＯ２粉末，ＸＲＤ 表征确定它们均为锐钛矿型，即 Ａ-ＴｉＯ２。 ２） 优化了改性 Ａ-ＴｉＯ２光催化降解番红花红 Ｔ 条 件在 １５ ｍｇ／ Ｌ 番红花红 Ｔ 溶液中（调节溶液 ｐＨ＝５）， 加入５％（摩尔分数）掺 Ｆｅ ３＋ 的 Ａ-ＴｉＯ２用量４ ｇ／ Ｌ，置于 暗箱中磁力搅拌下，室温（１６ ℃）下 ２５４ ｎｍ 紫外光照 射 ５５ ｍｉｎ，番红花红 Ｔ 最大降解率为 ５９．５％。 光催化 反应条件温和，对处理工业废水具有较好的应用前景。 ３） 在相同优化条件下无紫外光照射下进行了暗 吸附试验，达到吸附平衡的时间为 ３０ ｍｉｎ，平衡吸附量 为 ２．０２ ｍｇ／ ｇ。 番红花红 Ｔ 的光催化降解率和吸附率 基本正相关。 参考文献 ［１］ 陈 红，李 响，薛 罡，等． 当前印染废水治理中的关键问题［Ｊ］． 工业水处理， ２０１５，３５（１０）１６－１９． ［２］ 梁 波，徐金球，关 杰，等． 生物法处理印染废水的研究进展［Ｊ］． 化工环保， ２０１５，３５（３）２５９－２６６． ［３］ 张 军，许向阳，韩 帅，等． 绢云母表面氧化钛和氧化硅复合负 载及其光催化性能初探［Ｊ］． 矿冶工程， 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