鈦酸納米管光催化降解甲基橙的研究

摘要：在紫外燈照射下，以鈦酸納米管為催化劑對甲基橙溶液進行光催化降解。結果表明，甲基橙初始濃度、催化劑用量及光照時間均對甲基橙降解率有一定程度的影響，而pH則幾乎無影響。在35 mL初始濃度為10 mg/L甲基橙溶液、30 mg催化劑、pH中性、紫外光照60 min條件下，甲基橙降解率達到99.6%。

關鍵詞：鈦酸納米管；光催化；降解；甲基橙

中圖分類號：O643.36 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）11-2514-02

紡織行業廢水由于具有毒性強、難降解等特點而成為廢水處理中的一個難點問題[1]。光催化氧化技術是一種將光源與催化劑聯用對有機物進行降解的技術[2]，該方法能耗低、效率高，能將有機物徹底降解[3，4]。因此，近年來光催化氧化技術逐漸被應用于廢水處理中[5-7]。TiO2由于其穩定性高、無毒、成本低等特點而成為理想的催化劑，被廣泛應用于光催化領域。由于傳統的TiO2納米顆粒在水中的溶解性差，并且顆粒狀的結構不利于電荷的傳輸，其光催化活性受到一定限制。以TiO2納米顆粒為原料在水熱條件下制備的鈦酸納米管比TiO2納米顆粒具有更大的比表面積，其特殊的一維結構更有利于提高電荷的傳輸能力，因此，近年來鈦酸鈉米管成為人們關注的一個焦點[8-10]。但是應用鈦酸納米管對甲基橙進行光催化降解研究的很少，本研究以鈦酸納米管為催化劑對甲基橙進行光催化降解，以期為環境凈化提供新的功能材料。

1 材料與方法

1.1 鈦酸鈉米管的制備

將TiO2納米顆粒加入到10 mol/L NaOH溶液中，120 ℃磁力攪拌下恒溫反應24 h后逐滴滴加0.5 mL質量分數為36% HCl溶液，靜置12 h后用蒸餾水反復清洗至中性。最后在真空干燥箱中干燥，即可得到鈦酸納米管。

2 結果與分析

2.1 甲基橙初始濃度對光催化甲基橙降解率的影響

甲基橙初始濃度對光催化甲基橙降解率的影響見圖1。由圖1可知，甲基橙降解率隨著甲基橙初始濃度的升高先升高后降低。由于甲基橙初始濃度較低時，催化劑含量相對較高，阻擋了紫外光的透過而導致催化活性降低；當甲基橙初始濃度過高時，催化劑含量相對較低，催化劑對甲基橙的吸附能力有限，因而催化效果不強。因此，催化劑用量與甲基橙濃度為一定的配比時，光催化效果才能達到最佳，甲基橙初始濃度為10 mg/L時降解速度最快。

2.2 催化劑用量對光催化甲基橙降解率的影響

鈦酸納米管催化劑用量對甲基橙降解率的影響見圖2。由圖2可知，當催化劑用量增加時，甲基橙降解率也隨之升高，這主要是因為當催化劑用量增加時，催化劑對甲基橙的吸附能力也在增強，雖然過量的催化劑會阻擋紫外光的透射能力，但此時吸附能力的增強更為主要。因此，選擇30 mg為鈦酸納米管催化劑用量。

3 小結

本研究以鈦酸納米管為催化劑，考察了甲基橙初始濃度、催化劑用量、pH及光照時間對光催化甲基橙降解率的影響。甲基橙初始濃度、催化劑用量、溶液pH及光照時間均對甲基橙降解率有一定程度的影響。在35 mL初始濃度為10 mg/L甲基橙溶液、30 mg催化劑、pH中性、紫外光照60 min條件下，甲基橙降解率達到99.6%。

參考文獻：

[1] 左玉香.氮摻雜二氧化鈦光催化降解甲基橙的研究[J].化學工程師，2011，11（14）：38-39.

[2] MUNOZ I， RIERADEVALL J，TORRADES F， et al. Environmental assessment of different advanced oxidation processes applied to a bleaching kraft mill effluent[J]. Chemosphere，2006， 62（1）：9-16.

[3] KUSVURAN E，GULNAZ O， IRMAK S， et al.Comparison of several advanced oxidation processes for the decolorization of Reactive Red 120 azo dye in aqueous solution[J]. J Hazard Mater，2004，109（1-3）：85-93.

[4] MUNOZ I， RIERADEVALL J， TORRADES F， et al. Environmental assessment of different solar driven advanced oxidation processes[J]. Solar Energy，2005，79（4）：369-375.

[5] LI H， LIU Y F， GUO M， et al. Phtotodegradation of dyeing wastewater by high photocatalytic activity TiO2 under UV and visible-light irridation[J]. Advanced Materials Research，2011（374-377）：855-858.

[6] KUO W， HO P H.Solar photocatalytic decolorization of methylene blue in water[J].Chemosphere，2011，45（1）：77-83.

[7] CHEN X， YANG J， ZHANG J. Preparation and photocatalytic properties of Fe-doped TiO2 nanoparticles[J].Journal of Central South University of Technology，2004，11（2）：161-165.

[8] NIU L，SHAO M， WANG S，et al. Titanate nanotube： preparation，characterization， and application in the detection of dopamine[J]. Journal of Materials Science，2008，43（5）：1510-1514.

[9] KITANO M，NAKAJIMA K，KONDO J，et al.Protonated titanate nanotubes as solid acid catalyst[J]. J Am Chem Soc，2010， 132（19）：6622-6623.

[10] LI Z，LIU Z，YAN Q，et al.Preparation and performance of titanate nanotube by hydrothermal treatment[J]. Rare Metals，2008，27（2）：187-191.