水中常见阴离子对光催化的影响

刘姝　陈冰　李利　倪延涛　郭芳

【摘 要】 在紫外光照射下，TiO2（P25）具有很强的光催化能力，可以降解有机污染物，光解水制氢等，所以人们非常希望这项技术能够早日应用到实际废水的处理中去，然而在实际工业废水中通常会含有多种有机、无机离子，这些离子很容易造成催化剂活性降低。以TiO2（P25）为光催化剂，研究水中常见的五种无机阴离子（SO42-、NO3-、H2PO4-、HCO3-和CO32-）对TiO2光催化降解苯酚水溶液的影响，并试图揭示影响机理。

【关键词】 TiO2 光催化降解 五种无机阴离子 光催化活性

1 纳米TiO2活化前后光催化活性的比较

将德国德固赛公司生产的纳米TiO2放置入马弗炉中，于500℃焙烧2h以活化。分别选取活化与未活化的TiO2，用量均为1g/L，加入100mL初始浓度为20mg/L的苯酚水溶液，先在暗处磁力搅拌30min，达到吸附平衡后打开紫外灯照射，继续搅拌，反应时间为1h，测定反应前后溶液中苯酚的浓度，计算降解率。对纳米TiO2进行焙烧活化能提高其光催化活性，500℃焙烧2h使苯酚的降解率从39%提高至54%。这是因为TiO2粉体有锐钛矿型和金红石型两种晶型，经500℃左右热处理会转变为锐钛矿型，而锐钛矿型TiO2比金红石型TiO2具有更好的光催化效能。并且高温活化能防止TiO2晶粒的团聚。所以接下来的实验均先对TiO2进行活化处理。

2 SO42-和NO3-对TiO2光催化降解苯酚的影响

3 H2PO4-、HCO3-和CO32-对TiO2光催化降解苯酚活性的影响

NaH2PO4、NaHCO3和Na2CO3浓度为5mmol/L，H2PO4-大大提高了苯酚的去除率，由54.7%升高至73%，而HCO3-和CO32-则降低了TiO2的光催化活性，1h苯酚的去除率分别降低了11.3%和21.8%。

溶液的pH值是影响TiO2光催化活性的一个重要环境因素。pH值能改变水中TiO2的表面电荷，从而改变颗粒在水中的分散状况，进而影响其受光线照射的面积和光催化活性。pH值能影响污染物在光催化剂表面的吸附，而污染物在光催化剂表面的吸附是光催化反应发生的关键因素。Kashif Naeem在实验中考察了pH对TiO2降解苯酚活性的影响，得出结论：苯酚的降解速率随pH（4-10）的增大而增大，在pH为5的点达到最大值，随后随着pH的增大，反应速率减小。TiO2在水溶液中具有双亲性，而TiO2的等电点为pHPZC=6.8，当溶液pH<6.8时，TiO2表面带正电，pH>6.8时，TiO2表面带负电。对于带电荷的污染物，pH值对TiO2对其吸附和光催化降解有着决定性的影响。一般说来，酸性pH值条件有利于阴离子型的污染物在TiO2表面的吸附和光催化氧化，而在碱性pH值条件下有利于阳离子型污染物在TiO2表面的吸附和光催化氧化。苯酚在水中能够电离出H+，带负电荷。因此，当加入NaH2PO4浓度逐渐增大从而溶液的pH值由6.16逐步降为5.05时，TiO2对苯酚的降解率亦逐步增大。

NaH2PO4浓度增加而降低；Na2CO3使得溶液的pH值由6.16升高至10.56、10.75、10.83、10.9和10.92，苯酚的降解率也随着NaH2PO4浓度增加而降低；并且Na2CO3对TiO2光催化氧化苯酚的抑制作用强于NaHCO3。同样，利用TiO2在水溶液中具有双亲性来解释。NaHCO3和Na2CO3的加入使溶液pH值由6.16升高至8.77和10.92，高于TiO2的等电点pHPZC（6.8），因此TiO2表面所带电荷由正电荷转变为负电荷，不利于苯酚的吸附和光催化氧化，并且Na2CO3所应起溶液pH值的变化大于NaHCO3，所以Na2CO3对苯酚光催化反应的抑制作用强于NaHCO3。

4 结语

主要考查了TiO2的活化和水中常见的五种无机阴离子（SO42-、NO3-、H2PO4-、HCO3-和CO32-）对TiO2光催化降解本分的影响，通过实验可得到如下结论：（1）纳米TiO2经活化能提高其光催化活性，本实验选取的活化温度为500℃，活化时间为2h。（2）SO42-和NO3-对TiO2光催化降解苯酚无明显影响。（3）H2PO4-、HCO3-和CO32-通过影响溶液的pH值来影响TiO2对苯酚的光催化效率：H2PO4-通过降低溶液的pH值来提高光催化活性；HCO3-和CO32-则通过提高溶液的pH值降低光催化活性，且CO32-对光催化活性的抑制作用强于HCO3-。

【摘 要】 在紫外光照射下，TiO2（P25）具有很强的光催化能力，可以降解有机污染物，光解水制氢等，所以人们非常希望这项技术能够早日应用到实际废水的处理中去，然而在实际工业废水中通常会含有多种有机、无机离子，这些离子很容易造成催化剂活性降低。以TiO2（P25）为光催化剂，研究水中常见的五种无机阴离子（SO42-、NO3-、H2PO4-、HCO3-和CO32-）对TiO2光催化降解苯酚水溶液的影响，并试图揭示影响机理。

【关键词】 TiO2 光催化降解 五种无机阴离子 光催化活性

1 纳米TiO2活化前后光催化活性的比较

将德国德固赛公司生产的纳米TiO2放置入马弗炉中，于500℃焙烧2h以活化。分别选取活化与未活化的TiO2，用量均为1g/L，加入100mL初始浓度为20mg/L的苯酚水溶液，先在暗处磁力搅拌30min，达到吸附平衡后打开紫外灯照射，继续搅拌，反应时间为1h，测定反应前后溶液中苯酚的浓度，计算降解率。对纳米TiO2进行焙烧活化能提高其光催化活性，500℃焙烧2h使苯酚的降解率从39%提高至54%。这是因为TiO2粉体有锐钛矿型和金红石型两种晶型，经500℃左右热处理会转变为锐钛矿型，而锐钛矿型TiO2比金红石型TiO2具有更好的光催化效能。并且高温活化能防止TiO2晶粒的团聚。所以接下来的实验均先对TiO2进行活化处理。

2 SO42-和NO3-对TiO2光催化降解苯酚的影响

3 H2PO4-、HCO3-和CO32-对TiO2光催化降解苯酚活性的影响

NaH2PO4、NaHCO3和Na2CO3浓度为5mmol/L，H2PO4-大大提高了苯酚的去除率，由54.7%升高至73%，而HCO3-和CO32-则降低了TiO2的光催化活性，1h苯酚的去除率分别降低了11.3%和21.8%。

溶液的pH值是影响TiO2光催化活性的一个重要环境因素。pH值能改变水中TiO2的表面电荷，从而改变颗粒在水中的分散状况，进而影响其受光线照射的面积和光催化活性。pH值能影响污染物在光催化剂表面的吸附，而污染物在光催化剂表面的吸附是光催化反应发生的关键因素。Kashif Naeem在实验中考察了pH对TiO2降解苯酚活性的影响，得出结论：苯酚的降解速率随pH（4-10）的增大而增大，在pH为5的点达到最大值，随后随着pH的增大，反应速率减小。TiO2在水溶液中具有双亲性，而TiO2的等电点为pHPZC=6.8，当溶液pH<6.8时，TiO2表面带正电，pH>6.8时，TiO2表面带负电。对于带电荷的污染物，pH值对TiO2对其吸附和光催化降解有着决定性的影响。一般说来，酸性pH值条件有利于阴离子型的污染物在TiO2表面的吸附和光催化氧化，而在碱性pH值条件下有利于阳离子型污染物在TiO2表面的吸附和光催化氧化。苯酚在水中能够电离出H+，带负电荷。因此，当加入NaH2PO4浓度逐渐增大从而溶液的pH值由6.16逐步降为5.05时，TiO2对苯酚的降解率亦逐步增大。

NaH2PO4浓度增加而降低；Na2CO3使得溶液的pH值由6.16升高至10.56、10.75、10.83、10.9和10.92，苯酚的降解率也随着NaH2PO4浓度增加而降低；并且Na2CO3对TiO2光催化氧化苯酚的抑制作用强于NaHCO3。同样，利用TiO2在水溶液中具有双亲性来解释。NaHCO3和Na2CO3的加入使溶液pH值由6.16升高至8.77和10.92，高于TiO2的等电点pHPZC（6.8），因此TiO2表面所带电荷由正电荷转变为负电荷，不利于苯酚的吸附和光催化氧化，并且Na2CO3所应起溶液pH值的变化大于NaHCO3，所以Na2CO3对苯酚光催化反应的抑制作用强于NaHCO3。

4 结语

主要考查了TiO2的活化和水中常见的五种无机阴离子（SO42-、NO3-、H2PO4-、HCO3-和CO32-）对TiO2光催化降解本分的影响，通过实验可得到如下结论：（1）纳米TiO2经活化能提高其光催化活性，本实验选取的活化温度为500℃，活化时间为2h。（2）SO42-和NO3-对TiO2光催化降解苯酚无明显影响。（3）H2PO4-、HCO3-和CO32-通过影响溶液的pH值来影响TiO2对苯酚的光催化效率：H2PO4-通过降低溶液的pH值来提高光催化活性；HCO3-和CO32-则通过提高溶液的pH值降低光催化活性，且CO32-对光催化活性的抑制作用强于HCO3-。

【摘 要】 在紫外光照射下，TiO2（P25）具有很强的光催化能力，可以降解有机污染物，光解水制氢等，所以人们非常希望这项技术能够早日应用到实际废水的处理中去，然而在实际工业废水中通常会含有多种有机、无机离子，这些离子很容易造成催化剂活性降低。以TiO2（P25）为光催化剂，研究水中常见的五种无机阴离子（SO42-、NO3-、H2PO4-、HCO3-和CO32-）对TiO2光催化降解苯酚水溶液的影响，并试图揭示影响机理。

【关键词】 TiO2 光催化降解 五种无机阴离子 光催化活性

1 纳米TiO2活化前后光催化活性的比较

将德国德固赛公司生产的纳米TiO2放置入马弗炉中，于500℃焙烧2h以活化。分别选取活化与未活化的TiO2，用量均为1g/L，加入100mL初始浓度为20mg/L的苯酚水溶液，先在暗处磁力搅拌30min，达到吸附平衡后打开紫外灯照射，继续搅拌，反应时间为1h，测定反应前后溶液中苯酚的浓度，计算降解率。对纳米TiO2进行焙烧活化能提高其光催化活性，500℃焙烧2h使苯酚的降解率从39%提高至54%。这是因为TiO2粉体有锐钛矿型和金红石型两种晶型，经500℃左右热处理会转变为锐钛矿型，而锐钛矿型TiO2比金红石型TiO2具有更好的光催化效能。并且高温活化能防止TiO2晶粒的团聚。所以接下来的实验均先对TiO2进行活化处理。

2 SO42-和NO3-对TiO2光催化降解苯酚的影响

3 H2PO4-、HCO3-和CO32-对TiO2光催化降解苯酚活性的影响

NaH2PO4、NaHCO3和Na2CO3浓度为5mmol/L，H2PO4-大大提高了苯酚的去除率，由54.7%升高至73%，而HCO3-和CO32-则降低了TiO2的光催化活性，1h苯酚的去除率分别降低了11.3%和21.8%。

溶液的pH值是影响TiO2光催化活性的一个重要环境因素。pH值能改变水中TiO2的表面电荷，从而改变颗粒在水中的分散状况，进而影响其受光线照射的面积和光催化活性。pH值能影响污染物在光催化剂表面的吸附，而污染物在光催化剂表面的吸附是光催化反应发生的关键因素。Kashif Naeem在实验中考察了pH对TiO2降解苯酚活性的影响，得出结论：苯酚的降解速率随pH（4-10）的增大而增大，在pH为5的点达到最大值，随后随着pH的增大，反应速率减小。TiO2在水溶液中具有双亲性，而TiO2的等电点为pHPZC=6.8，当溶液pH<6.8时，TiO2表面带正电，pH>6.8时，TiO2表面带负电。对于带电荷的污染物，pH值对TiO2对其吸附和光催化降解有着决定性的影响。一般说来，酸性pH值条件有利于阴离子型的污染物在TiO2表面的吸附和光催化氧化，而在碱性pH值条件下有利于阳离子型污染物在TiO2表面的吸附和光催化氧化。苯酚在水中能够电离出H+，带负电荷。因此，当加入NaH2PO4浓度逐渐增大从而溶液的pH值由6.16逐步降为5.05时，TiO2对苯酚的降解率亦逐步增大。

NaH2PO4浓度增加而降低；Na2CO3使得溶液的pH值由6.16升高至10.56、10.75、10.83、10.9和10.92，苯酚的降解率也随着NaH2PO4浓度增加而降低；并且Na2CO3对TiO2光催化氧化苯酚的抑制作用强于NaHCO3。同样，利用TiO2在水溶液中具有双亲性来解释。NaHCO3和Na2CO3的加入使溶液pH值由6.16升高至8.77和10.92，高于TiO2的等电点pHPZC（6.8），因此TiO2表面所带电荷由正电荷转变为负电荷，不利于苯酚的吸附和光催化氧化，并且Na2CO3所应起溶液pH值的变化大于NaHCO3，所以Na2CO3对苯酚光催化反应的抑制作用强于NaHCO3。

4 结语

主要考查了TiO2的活化和水中常见的五种无机阴离子（SO42-、NO3-、H2PO4-、HCO3-和CO32-）对TiO2光催化降解本分的影响，通过实验可得到如下结论：（1）纳米TiO2经活化能提高其光催化活性，本实验选取的活化温度为500℃，活化时间为2h。（2）SO42-和NO3-对TiO2光催化降解苯酚无明显影响。（3）H2PO4-、HCO3-和CO32-通过影响溶液的pH值来影响TiO2对苯酚的光催化效率：H2PO4-通过降低溶液的pH值来提高光催化活性；HCO3-和CO32-则通过提高溶液的pH值降低光催化活性，且CO32-对光催化活性的抑制作用强于HCO3-。