石墨烯/TiO2-CeO2催化劑的制備和光催化氧化法處理染料廢水

石墨烯/TiO2-CeO2催化劑的制備和光催化氧化法處理染料廢水

黃薇1楊易彬2

(1.江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江西 南昌；2.江西省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，江西 南昌)

摘要：采用溶膠凝膠和水熱法制備的石墨烯/TiO2-CeO2催化劑光催化氧化處理染料廢水活性艷紅X-3B，結(jié)果表明摻雜Ce和石墨烯的TiO2比純的TiO2光催化效果更高，當(dāng)石墨烯負(fù)載量為2.5%，Ce的摻雜量4%時(shí)，催化劑的催化效果最佳，在此條件下考察了催化劑的投加量、染料初始pH以及光照時(shí)間對(duì)活性艷紅X-3B的降解效果的影響，得出催化劑的最佳投加量為0.05g，初始pH為4，光照時(shí)間時(shí)間為3h，廢水脫色率可達(dá)99.15%。

關(guān)鍵詞：石墨烯/TiO2-CeO2溶膠凝膠水熱法活性艷紅X-3B

引言

光催化是光化學(xué)和催化劑的兩者的有機(jī)結(jié)合，因此光和催化劑是促進(jìn)光催化氧化反應(yīng)的必要條件。半導(dǎo)體光催化氧化的研究開(kāi)始于1972年，F(xiàn)ujishima和Honda[1]在Nature雜志發(fā)表關(guān)于TiO2電極分解水的論文標(biāo)志著光催化氧化新時(shí)代的開(kāi)始。它能夠氧化分解環(huán)境污染問(wèn)題中突出的毒性大、難生物降解的烴類、鹵代芳烴、染料、農(nóng)藥、油類等物質(zhì)和處理多種有機(jī)、無(wú)機(jī)類污染物。由于光催化氧化法設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行條件溫和、氧化能力強(qiáng)、殺菌作用強(qiáng)、無(wú)二次污染的特點(diǎn)，為降解染料廢水提供了很好的發(fā)展前景[2]。

但是目前有關(guān)TiO2的研究存在以下幾個(gè)問(wèn)題[3-4]：首先TiO2禁帶較寬為3.2eV，只有在λ< 387nm的紫外光下才能被激發(fā)，但是紫外光僅占太陽(yáng)光能量的5%，因此純的TiO2太陽(yáng)光利用率低[5]，價(jià)帶電子才能躍遷到導(dǎo)帶上形成光生電子和空穴分離，第二由于光激發(fā)產(chǎn)生的電子和空穴易于復(fù)合，導(dǎo)致光量子效率很低。因此現(xiàn)階段主要的問(wèn)題是如何減小TiO2禁帶寬度，目前，研究人員主要通常采用金屬離子、非金屬離子摻雜和表面敏化等方法來(lái)提高TiO2的光催化性能。據(jù)報(bào)道[6]CeO2可以提高TiO2的熱穩(wěn)定和對(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)，CeO2[7]可以產(chǎn)生特殊的電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，促進(jìn)電子空穴對(duì)的分離，從而提高光催化活性。石墨烯是近幾年發(fā)展起來(lái)的新興碳材料，由于石墨烯比表面積大、電熱穩(wěn)定性高。因此它在光催化中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

本文分別利用溶膠凝膠法和水熱法將稀土元素Ce和石墨烯共摻雜TiO2。提高了TiO2的光催化性能，并研究了催化劑的投加量、染料初始pH以及光照時(shí)間對(duì)活性艷紅X-3B的降解效果的影響。……