四川大学建筑与环境学院 任吉萍 韩东升 王 锐

国家烟气脱硫中心

四川大学建筑与环境学院 尹华强

Fe-TiO2/AC光催化降解单宁酸性能研究

四川大学建筑与环境学院 任吉萍 韩东升 王 锐

国家烟气脱硫中心

四川大学建筑与环境学院 尹华强

自光催化技术被称为人类可持续发展的环境友好催化新技术，具有广阔的应用前景。纳米二氧化钛具有良好的光催化特性，可直接利用阳光作为光源，对有机和无机污染物进行光降解，因而是一种理想的绿色光催化剂，再加上TiO2光催化技术对反应温度和压力没有什么特别要求，近几十年受到越来越多人士关注。但在处理水方面却由于粒径小，难回收易造成二次污染，因而近几年半导体光催化剂的固定化、负载化的研究日益成为人们讨论的热点。

活性炭（Activated carbon简称AC）因为具有合适的微孔结构，比表面积较大，粉末活性炭具有巨大表面积和强大吸附作用，并具有高度的物理、化学稳定性，使用方便、便捷等特点，因而广泛应用于空气净化、废水处理等现代环保领域。

本文，笔者研究将利用超声分散金属Fe，将其与钛酸四丁酯与活性炭混合液混合，采用溶胶凝胶法加工干燥，然后，通过煅烧得到所需催化剂。

一、实验部分

1.光催化剂制备。称取一定量的活性炭，用蒸馏水搅拌清洗一段时间，之后将其放入一定浓度的硝酸溶液中浸泡一段时间，过滤后洗至中性，烘干。在强力搅拌器下，将一定量的Fe加入A液（无水乙醇与蒸馏水混合液，比例将近1∶1），进行超声分散15 min后，将A液滴加入B液（活性炭，钛酸四丁酯，无水乙醇与冰醋酸混合液，其中钛酸四丁酯，无水乙醇与冰醋酸约为1∶0.6∶2），滴加完毕后继续搅拌100 min，静置凝胶，凝胶后干燥，煅烧即成。

2.光催化降解反应。光催化降解反应在自制的光催化反应器（图1）中进行。所用光源为8 W的紫外灯管。

图1反应器的有效容积为1.5 L，但单宁酸的实际加入量为1.0 L，反应器底部通过曝气头鼓入含氧气体（空气），使光催化剂与单宁酸溶液更好混合。反应器中置入石英管，以放置试验所需的紫外灯管。夹层玻璃中通循环水，保证整个实验中外界温度一致，尽量减少实验中造成的误差。整个反应在黑暗环境中进行，待达到吸附平衡后（30 min），打开紫外灯进行光催化反应，反应过程中每隔一定时间取样，通过紫外分光光度计在波长272 nm处测定单宁酸的吸光度，从而计算确定剩余反应液的浓度，并得到降解率。由单宁酸溶液浓度-吸光度关系计算。

式中，η表示降解率，C0表示溶液的初始浓度，Ct表示t时刻溶液的浓度。

3.单宁酸标准曲线。称取单宁酸0.1 g于容量瓶中,溶解并稀释至刻度,得单宁酸浓度为0.1 g/L的储备液备用。用分光光度计测定系列标准溶液在此处的吸光度值。

二、结果与讨论

1.单宁酸标准曲线。以浓度C对吸光度A作图,并对曲线进行回归分析,结果如图2所示。从图中可以看出，C-A呈线性关系。二者关系式为：

Y=0.033X+0.0345，R2=0.9995。 （2）

式中，Y表示吸光度；X表示样品浓度，mg/L；R2为相关系数。

2.单宁酸初始浓度对光降解的影响。图3为单宁酸初始浓度对光降解的影响。

从图3可以看到，光降解效率随着单宁酸初始浓度的变化而改变。单宁酸初始浓度在100 mg/L前，光降解效率随着单宁酸初始浓度的增加而提高，当单宁酸浓度一旦超过100 mg/L时，光降解效果反而降低。原因可能是在100 mg/L前，由于浓度相对比较低，活性炭跟TiO2共同吸附使的光降解速率大大提高，但一旦单宁酸初始浓度过高，包围单宁酸分子包围在催化剂周围使其不能充分接触，降低了光催化效果。

3.催化剂不同负载量对光降解的影响。图4为催化剂不同负载量对光降解的影响。

从图4可以看出，随着Fe负载量的增加，催化剂对单宁酸的去除效果是先增加再减少这样一个过程.当负载量小于3%时，即图4所示的0.05 mol/L时，随着Fe负载量的增加，光催化降解的效率在提高，但当负载量增大到一定程度超过0.05 mol/L时，光降解效率反而依次降低。原因可能是由于Fe负载量的增加导致活性炭的部分孔道堵塞，使单宁酸分子不易扩散到活性炭的内表面，阻碍了被活性炭吸附的单宁酸分子向TiO2表面迁移，影响了催化剂的吸附性能，若负载量过大，可能会屏蔽催化剂与光照的接触，影响光利用率，使光催化效果下降。

三、结论

1.用溶胶凝胶法制备的催化剂有利于光催化反应的进行。

2.通过考察Fe负载量、和初始浓度对降解效率的影响因素，得到降解单宁酸最佳的实验条件：Fe负载量3%，单宁酸溶液初始浓度100 mg/L。