电化学制备高活性TiO2SiO2复合膜及其在光电催化降解有机染料和POPs中的应用.pdfVIP

持久性有机污染物论坛2008暨第三届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集 电化学制备高活性Ti02／Si02复合膜及其在光电催化降解 有机染料和POPs中的应用 周志雄，李静，朱酣华宰，吴彬，唐和清幸 (华中科技大学化学与化工系，武汉，430074) 1．引言 由于光电催化具有高效快速的特点而使其成为污水处理技术中很霞要的一部分，但是南于半导 体电极在制备过程中其真实表面积相对粉体催化剂会大大下降，使得其光电效率明显下降，本研究 极。光电催化的实验结果表明复合膜的性能较单一的啊02膜有很大的提高：本研究首次将原电池原 理应用到光催化体系中，原电池过程(耦合光催化)的引入明显提高了光催化降解的效率。 2．实验部分 2．1电化学制备高活性Ti02／Si02复合膜 mL 称取O．06Si02分散于25 g H20和360¨LHN03(65wt％)的混合溶液中，超声分散五分钟后 mL乙醇300 得分散液A。称取0．6799钛酸丁酯溶解于25 pLH202(30州％)的混合溶液中，超声分 散五分钟的溶液B，然后将溶液B缓慢滴加到A中，超声分散得到电解液。以ITo(5cm2)为工作电极， Pt(10cm2)片为对电极，电解电压．2V电解90min制备复合膜，然后在450℃下恒温煅烧2小时即得 工作电极。 2．2有机污染物的光电催化及耦合光催化降解 光电催化降解：溶液由10 ppm甲基橙(MO)和O．1MNaCI组成，pH值均为2．8，电极电位为 样品，用Uv-vis分光光度计测定其在505nm的吸光度。 耦合光催化降解：溶液是一定浓度的有机物(10ppm4．硝基酚)，用盐酸调节溶液pH至2．8，将 复合膜电极与铂片电极用导线连接后放入到圆柱形光催化反应器中。后续实验同上。用Uv-vis分 光光度计测定其在318啪的吸光度。 3．结果与讨论 3．1Ti02／si02复合膜光电催化降解有机污染物 复合膜电极具备很高的光电催化活性。如图1所示，复合膜光催化和电催化降解MO的速率常数 miIl一，这说明 分别为3．0×10‘3miIl一和0．6×10dm．m一，然而光电催化的速率常数则达到了105．1xlOd 光电催化过程体现了明显的协同效应。分散液中含有si02的时候制得的电极光电催化性能明显优于 没有加入Si02的，这可能是由于Si02的加入增大了膜电极的表面积，同时还由于Si02具有助电子转 移的作用，最终能增大膜电极的光响应电流，从而提高了光电催化效率。 4．硝基酚在复合膜电极上的催化降解如图2所示，光电降解同样体现了光催化和电催化的协同 作用。 持久性有机污染物论坛2008暨第三届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集 图l电15绎解(1)，直接光解(2)，光降解(3)， 图2电降解(1)，直接光解(2)，光降解(3)， 光电降解(4)lOppmMO，pH2．8。 光电降解(4)lOppm4—硝基酚，pH2．8。 3．2Ti02／Si02复合膜耦合光催化降解4一硝基酚 0-3 耦合光催化的效率较光催化过程有很大提高，光催化的速率常数为1．86×lmin一，而耦合过 程则提高到了3．64×104m酊‘(如图3所示)。其原因可能有两个，其一，可能是由于耦合过程实现 了光生电子和空穴在空间上的分离，使得电子在铂片电极．L发生还原反应，空穴在复合膜发生氧化 反应，从而起到加速光催化的作用。其二，耦合过程使得膜电极的电极电位发生变化，从而提高了 光催化性能，这一点从甲基橙的光电催化过程也能看出来(如图4所示)，当屯极电位为O．25V(vs． SCE)的时候光电催化降解效率与耦合过程基本一致。