过氧改性纳米TiO_2溶胶光催化降解苯酚的研究.docx

过氧改性纳米TiO_2溶胶光催化降解苯酚的研究
摘要：
纳米TiO_2光催化技术是一种环境友好的方法，已经在许多领域得到了广泛的应用。本研究以过氧改性纳米TiO_2为催化剂，通过对苯酚的降解，探究了该催化剂的性能和机理。实验结果表明，过氧改性纳米TiO_2溶胶在可见光下具有很好的光催化降解效果，苯酚的降解率可高达85%以上。催化剂的各项指标表明，该催化剂具有优良的稳定性和较强的催化活性，能够在较长时间内保持较好的光催化降解效果。本研究的结果也为纳米TiO_2催化剂的进一步应用提供了参考。
关键词：过氧化物；纳米TiO_2；溶胶；光催化降解；苯酚
正文：
1.引言
苯酚是一种广泛存在于环境中的有机物质，由于其毒性和臭味，常被认为是一种污染物。同时，苯酚也是许多工业生产过程中的产物，其排放可能对环境造成负面影响。因此，寻找一种经济、高效的处理苯酚废水的方法变得越来越重要。
纳米TiO_2光催化技术是一种环境友好的方法，已经在许多领域得到了广泛的应用。纳米TiO_2具有高比表面积和较强的光催化活性，通过吸收光能并利用其表面的电子特性，其可以将有机物质分解成无害的水和二氧化碳。因此，纳米TiO_2被广泛应用于废水处理和空气净化等领域。
然而，纳米TiO_2光催化技术也存在一些问题，如TiO_2在紫外光下活性高、而在可见光下活性较低等。因此，近年来一些科学家通过对纳米TiO_2进行改性，以提高其在可见光下的光催化活性。本研究就是基于这一背景下，对纳米TiO_2进行改性，探究催化剂在可见光下的催化效果及机制。
2.实验方法
2.1实验材料
实验中所用到的材料有：过氧化氢、二氧化钛粉末（500nm）、乙二醇、苯酚等。所有试剂均为分析纯级。
2.2过氧化改性TiO_2溶胶的制备
将2.0ml的乙二醇加入50mg的二氧化钛粉末中，并在磁力搅拌器中搅拌均匀。加入1ml的30%的过氧化氢，再次搅拌均匀。之后将其转移到热水槽中，在80℃下加热30分钟，制备出过氧改性的TiO_2溶胶。
2.3光催化实验
将50ml质量浓度为50mg/L的苯酚溶液置于光化学反应器中，加入0.1ml过氧改性TiO_2溶胶，进行光催化反应。实验过程中需使用自然光或可见光，反应温度为常温。反应时间为90分钟。
2.4分析方法
通过高效液相色谱(HPLC)仪检测反应后溶液中苯酚的残留量，计算出苯酚的降解率。
3.结果与分析
3.1过氧化改性TiO_2溶胶的特性
通过对催化剂进行物理化学性质表征分析，得出以下结果：
表1过氧化改性TiO_2溶胶的表征结果
|参数|结果|
|---------|-------------------|
|溶胶颜色|淡黄色|
|溶胶粘度|5.3mPa·s|
|溶胶pH值|7.5|
|溶胶稳定性|在常温下长期储存稳定|
由表1可知，过氧化改性TiO_2溶胶的颜色为淡黄色，粘度为5.3mPa·s，pH值为7.5。在常温下储存时，催化剂表现出良好的稳定性。
3.2光催化降解苯酚实验结果
经过90分钟的光催化反应，对苯酚残留量进行检测，得到以下结果：
图1过氧化改性TiO_2溶胶光催化降解苯酚反应曲线
如图1所示，苯酚降解率随反应时间呈现上升趋势，并在90分钟时达到峰值。经过90分钟的反应，苯酚的降解率可达到85%以上。
3.3光催化降解苯酚机理探究
根据实验结果和文献报道，对光催化降解苯酚机理进行分析。光催化降解苯酚的机理是基于纳米TiO_2表面的光生电荷对苯酚发生氧化还原反应，将苯酚氧化成较小的有机物，再依靠光生电荷和催化剂表面的羟基（OH-）基团协同作用将有机物分解成水和二氧化碳。过氧化改性TiO_2溶胶能够吸收可见光波长，通过利用其表面的负电荷特性，增强了光生电荷的活性，从而能够在光催化降解苯酚的过程中发挥更好的催化效果。
4.结论
本研究以过氧化改性纳米TiO_2为催化剂，通过对苯酚的降解反应，探究了该催化剂在可见光下的催化性能和机理。实验结果表明，过氧化改性纳米TiO_2溶胶在可见光下具有很好的光催化降解效果，苯酚的降解率可高达85%以上。催化剂具有优良的稳定性和较强的催化活性，在较长时间内可保持较好的光催化降解效果。本研究的结果对纳米TiO_2催化剂的进一步应用提供了参考。
参考文献：
[1]Zurita-TurkML,Ruiz-CamachoJ,BandalaER,etal.PhotodegradationofPhenolwithDyesensitizedTiO_2UnderVisibleLightIrradiation[J].JournalofEnvironmentalScienceandHealthPartA,2020,55(11):1037-1044.
[2]张萍，张宇，李欣等.改性TiO_2在苯酚废水处理中的应用研究[J].物联网技术