课堂报告纳米TiO2-Fe3O4-粒子光催化处课件.ppt

1、纳米纳米TiO2/Fe3O4粒子光催化粒子光催化处理有机废水处理有机废水 实验主讲:高敏江小组成员:杨永辉2007.10.24报告提纲报告提纲l1 背景简述和设计思路背景简述和设计思路l2 实验方法和结果分析实验方法和结果分析 (1)纳米TiO2/Fe3O4复合粒子的制备和表征 (2)光催化降解有机物试验l3 结论结论（下一步工作设想）1 背景简述和设计思路l水污染导致水质性缺水；l传统水处理方法不尽理想；lTiO2光催化处理有机废水，是典型的绿色技术； l在光催化剂的修饰和回收方面,仍然存在一些问题，且缺乏对实际废水实际废水的处理应用研究。l本实验主要以磁性纳米TiO2/Fe3O4粒子光催化

2、处理实际有机废水及其影响因素的研究作为实验目的，同时实现催化剂的可回收。 纳米纳米TiO2光催化处理有机废水原理光催化处理有机废水原理 光催化机理示意图光催化机理示意图机理：问题：（1）光生载流子光生载流子不稳定；不稳定；（2） TiO2 禁带禁带较宽；较宽；（3）纳米TiO2颗粒较小，易流失。方案：（1）光生电子空穴对的有效分离）光生电子空穴对的有效分离途径途径：光催化剂改性（如：复合）；（2）纳米）纳米TiO2 回收利用的探讨：如回收利用的探讨：如支载型；支载型； 前人研究说明，采用磁性纳米TiO2/Fe3O4光催化复合材料回收法相对其他方法效果更好，操作简便，是比较可行的方法。2 实验方

3、法和结果分析2.1 实验方法实验方法 (1)纳米纳米TiO2/Fe3O4复合粒子的制备和表征复合粒子的制备和表征 制备思路制备思路： 表征作用表征作用: 了解粒子的形貌、性能和成分组成情况； 确定现有试验条件和内容下，相对较好的制备方案，磁核磁核复合粒子复合粒子手磨球磨自制水浴法水热法(2) 光催化降解有机物试验光催化降解有机物试验 试验思路试验思路：预备试验预备试验甲基兰试剂甲基兰试剂焦化废水焦化废水确定方向先驱对象总有机物、COD、氨氮磁核形貌对比磁核形貌对比球磨球磨手磨手磨自制自制2.2 结果分析结果分析（1）光催化剂制备）光催化剂制备磁核衍射对比磁核衍射对比球磨球磨自制自制磁核磁检对比

4、磁核磁检对比-20000-1000001000020000-40-2002040(emu/g)H(Oe)-20000-1000001000020000-80-60-40-20020406080 (emu/g)H(Oe)球磨球磨自制自制磁核粒子的饱和磁化强度饱和磁化强度较小，偏移原点，磁性能一般；相较自制磁核，剩余磁化强度剩余磁化强度又强很多，不利于外加磁场的控制。39.38 62.66 复合粒子制备方法对比复合粒子制备方法对比（球磨磁核复合粒子）（球磨磁核复合粒子）水浴法制备水浴法制备衍射图样（衍射图样（TiO2特征峰相对较弱特征峰相对较弱 ）水热法制备水热法制备（分层现象（分层现象 ）（自制

5、磁核复合粒子）（自制磁核复合粒子）（用作水处理）（用作水处理） 水浴法制备水浴法制备TiO2Fe3 O4较高倍数较高倍数TEM相应相应XRD表征表征2040608002004006008001000Intensity(CPS)/(o)a(101)a(200)a(004)b(311)b(220)b(440)a(211)a(105)a(116)a(220)a(215)b(622)20406080 Fe3O4(C) TiO2(A,T) TiO2/Fe3O4Intensity/(o)复合粒子两种成分两种成分衍射特征峰都已明显出现 复合粒子磁性检测复合粒子磁性检测-20000-1000001000020

6、000-40-2002040(emu/g)H(Oe)-20000-1000001000020000-60-40-200204060(emu/g)H(Oe)球磨水浴球磨水浴自制水浴自制水浴复合前后粒子饱和磁化强度饱和磁化强度稍有降低；剩余磁化强度剩余磁化强度相比自制磁核及其复合粒子，呈较高数值。46.45 39.08 相对较好的复合条件相对较好的复合条件l自制磁核l磁核取用量：2.0gl物质的量比TiO2 ：Fe3O4 = 10 lTBOT混合液配比及顺序：30ml乙醇+ 3ml乙酸+30mlTBOTl盐酸调节：pH=2l复合方法：水浴法l复合条件：40、0.5hl热处理温度：450 鼓气装置鼓

7、气装置设计初稿设计初稿（2）光催化装置设计）光催化装置设计避免沉积中心沉积中心的形成；反应器底部是重点设计部分最终确定设计图最终确定设计图（微孔钛板）（微孔钛板）装置成品装置成品 甲基兰测试实验甲基兰测试实验01020304050600.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1C/C0Time(min) 0.13g 0.39g 0.26g不同催化剂用量对降解率的影响不同催化剂用量对降解率的影响（3）光催化降解）光催化降解01020304050600.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1C/C0 Time(min) First Second Third自制磁核

8、复合粒子回用曲线自制磁核复合粒子回用曲线61.1% 75.6% 67.8% 62.0% 75.6% 66.2% 回用情况比较回用情况比较原水原水 使用第二次使用第二次 使用第一次使用第一次 使用第三次使用第三次 装置工作图装置工作图 不同条件对比不同条件对比01020304050600.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1C/C0Time(min) Normal air only UV only75.6% 71.2% 15.3% 处理前后水样对比处理前后水样对比处理前处理前处理后处理后取取 样样（mL）20040成成 分分苯类酚类 有机氮类萘、蒽类聚二甲基硅氧烷焦化废水成分

9、分析焦化废水成分分析GC-MS 结果结果焦化废水特征量降解焦化废水特征量降解01020304050600200400600800100012001400160018002000Time(min)COD（mg/L） Air only NormalCOD变化曲线变化曲线氨氮变化曲线氨氮变化曲线98.91%57.60% 77.35% 010203040506050100150200250NH3-N（mg/L）Time(min)浊度变化情况浊度变化情况65.0 36.4 010203040506035404550556065Turbidity (NTU)Time(min)结结 论论(1)球磨磁核球磨磁

10、核TiO2/Fe3O4（约100nm）粒子复合形貌较好，但磁核表面结合能小，TiO2易冲洗流失，相对含量较小； 自制磁核自制磁核TiO2/Fe3O4(25-30nm)粒子复合形貌良好，TiO2含量较大，衍射图像清晰，物质衍射三强峰明显；磁核具有超顺磁性，剩余磁强小，饱和磁强高，磁化性能显著优于前者，有很大的回收再利用潜力。 (2)自制磁核自制磁核TiO2/Fe3O4复合粒子有优良的光催化活性， 对焦化废水焦化废水水样中COD和氨氮和氨氮的光催化效果最佳，分别达到了98.91 %和77.35%；对焦化废水中总有机物的降解情况超过了预期水平。(3)曝气作用曝气作用，在光催化降解试验中起到了很大的促

11、进作用，但对甲基兰和焦化废水降解率的影响幅度不同：对前者，影响度低于15.3%；对后者，COD降解影响值达到了50% 以上。 下一步工作设想和建议下一步工作设想和建议l针对大粒径磁核复合粒子，建议考虑包裹适当材料、适当厚度的中间层，加强表面结合力，改善形貌、剩余磁化强度和团聚现象；（向固着型转变）l由于实验时间有限，焦化废水的处理应用研究不够充分，建议可以在现有试验的基础上考虑更多的影响因素，并将研究深化和细致化，对光催化试验中一些尚不能合理解释的现象（如：浊度随时渐变化趋势），进行机理方面的分析考究；此外，对焦化废水中可能存在的高沸点有机物，建议考虑使用HPLC进行化学成分分析检测；l在实际

12、有机废水的处理应用中，可以增加对鼓泡装置的研究和改进，以期在降解有机物的过程中，辅助光催化剂，收到更好的降解效果。参考文献参考文献:1.骆晓春，王雪峰等. 水处理方法概述，应用技术，2006，11：1516.2.吉祝美，吕锡武. 接触氧化法在中小型生活污水处理中的应用，净水技术，2006，25（3）：4345.3.毛绍春，姚文华等. 高浓度有机废水处理技术的研究进展，云南化工，2004，31（3）：2730，35.4.张予川，张莹，冯辉. 几种废水生物处理新工艺及其应用，河南科技大学学报（自然科学版），2003，24（2）：104106.5.朱正斌. 有机废水的处理方法现状及进展，化学工业与工

13、程技术，2004，25（5）：5054.6.魏刚，周庆等. 水处理中的绿色化学与绿色技术，现代化工，2002，22（12）：4346.7.程丽华，黎明，倪福祥. 高级氧化技术在水处理中的应用，青岛建筑工程学院学报，2003，24（1）：2225.8.宫磊，徐晓军. 焦化废水处理技术的新进展，工业水处理，2004，24（3）：911，20.9.张万忠，乔学亮等. 纳米二氧化钛的光催化机理及其在有机废水处理中的应用，人工晶体学报，2006，35（5）：10271031.10. 杨剑，滕凤恩. 纳米材料综述J，材料导报，1997，11（2）：610.11. 陈金媛等. 磁性纳米TiO2/ Fe3O4

14、 光催化复合材料的制备及性能，化学学报，2004，62（20）：20932097.12. 张松，李琪等. 半导体复合TiO2纳米光催化剂，化学通报，2004，4：295299.13.Fujishima A , Honda K. Electrochemical photolysis of water at a semi-conductor electrodeJ . Nature ,1972 ,238 :38.14.Sun F Y,Wu M,Li W Z,etal.Relationship between crystallite size and photocalytic activity of

15、titanium dioxideJ.Chinese J. of Caral.,1998,19(3):229233.15.Carey J H,Lawrence J, Tosine H M. Photodechlorination of PCBs in the Presence of Titanium Dioxide in Aqueous Suspension J . B ulletin Environm ent Contam ination Toxicology, 1976, 16: 6972701.16.Linsebigler AL,Lu GQ,YatesJT.Photocatalysis on TiO2 surface:principles mechanism and selected resultsJ.Chem.Rev.,1995,95(3):735758.17.Hoffmann M R,Martin S T,Chai W,etal. Environmental application of semicanductor photocatalysisJ .Chem.Rev. ,1995,95(1) :6976. 谢 谢！