隨著工業(yè)化的發(fā)展，石油作為現(xiàn)代最重要的能源，其消費(fèi)需求日益增加。然而，石油的應(yīng)用，伴隨而來的是石油污染問題。石油污染水體的來源主要為油氣田開采､機(jī)械加工､石化行業(yè)､鋼鐵行業(yè)和海上漏油事故等。如何處理由石油污染所帶來的水體污染已經(jīng)成為環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的理化處理方法，可以有效控制石油在水面的擴(kuò)散并達(dá)到對(duì)大部分浮油的去除。然而，石油污染成分復(fù)雜，形態(tài)多樣，以溶解態(tài)存在的石油污染物往往被人忽視且無法用傳統(tǒng)方法去除。這部分溶解油在水體發(fā)生復(fù)雜的物化作用，使得石油污染物的歸趨變得更加復(fù)雜，成為水環(huán)境的潛在威脅。而目前對(duì)于溶解油的研究較少，其控制技術(shù)與理論相對(duì)匱乏。

　　TiO2 光催化是一種高效､簡(jiǎn)單､無毒的高級(jí)氧化技術(shù)，在降解水中的污染物方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。然而，其應(yīng)用主要受兩個(gè)方面限制:第一，二氧化鈦禁帶寬度大(約為3.2eV)，對(duì)太陽能利用率低，光生電子與空穴復(fù)合率高。第二，TiO2 粉末密度小､易團(tuán)聚，難回收。針對(duì)上述問題，近年來專家學(xué)者的研究主要集中在TiO2 摻雜改性以拓寬其可見光響應(yīng)和催化劑負(fù)載2個(gè)方面。

　　考慮到實(shí)際應(yīng)用中催化劑漂浮性和吸附性的重要性，本研究以漂珠(floatingpearl，F(xiàn)P)作為漂浮型基底材料，以殼聚糖(chitosan，CTS)作為改性劑增強(qiáng)催化劑材料的吸附性､成膜性和吸濕性[1]，結(jié)合溶膠凝膠法，制備Fe—N共摻雜改性TiO2 的漂浮型可見光催化劑(Fe-N-TiO2/FP-CTS)，并以溶解性柴油為目標(biāo)降解物，研究制備的樣品在降解溶解性柴油的效果，以及初始pH､柴油乳化劑等因素對(duì)其降解的影響。

　　1 材料與方法

　　1.1 實(shí)驗(yàn)材料

　　試劑與材料:鈦酸四正丁酯，九水硝酸鐵，尿素，濃鹽酸，濃硝酸，無水醇，聚乙二醇均為分析純;聚氧乙烯山梨醇單月桂酸酯為化學(xué)純;殼聚糖為生化試劑;市售0#柴油;漂珠(從電廠煤燃燒所產(chǎn)生的粉煤灰提取物)，粒徑為80~125μm。

　　儀器:磁力攪拌器，管式電阻爐，光催化反應(yīng)儀，紫外可見分光光度計(jì)，X射線衍射儀(XRD)，雙光束紫外可見分光光度計(jì)，BET自動(dòng)吸附儀，掃描電子顯微鏡儀。

　　1.2 催化劑的制備

　　用殼聚糖改性的漂珠(FP-CTS)的制備:將1.0gCTS溶于30mL0.5%的冰乙酸溶液，加入5.0gFP，得混合液A;將2mL4% NaOH溶液加入30mL乙醇中，得到混合液B;將A逐滴加入B中。將上述混合液在105℃下烘干，于N2 管式電阻爐550℃加熱1h，清洗､烘干。

　　Fe-N-TiO2/FP-CTS可見光催化材料的制備:將Fe(NO3)3·9H2O加入50mL無水乙醇和18mL鈦酸丁酯中(Fe/Ti摩爾比為0.71%)，逐滴加入1.5mLHCl10mL1% PEG-400(溶劑為無水乙醇)，得混合液C，再加入3.0gFP-CTS;再將2.4g脲溶解于4.5mL蒸餾水中，得混合液D;將D逐滴加入C中;將所制得凝膠陳化24h后，在105℃下烘干，于N2 管式電阻爐550℃加熱2h，清洗､烘干。以FP代替FP-CTS制備N-TiO2/FP(不添加Fe(NO3)3·9H2O)和Fe-N-TiO2/FP作為參照。

　　1.3 光降解飽和溶解性柴油實(shí)驗(yàn)

　　在燒杯中加入蒸餾水與0#柴油，密封后調(diào)節(jié)磁力攪拌器，使漩渦深度不超過2cm，用以防止小液滴的形成[2]。48h后達(dá)到溶解平衡，得到飽和溶解性柴油。

　　催化劑投加劑量為4g/L，溶解性柴油初始濃度為250mg/L，光源為500W 氙燈，用濾光片濾去紫外光部分，總光催化時(shí)間為4h，每30min取樣一次。將適量反應(yīng)液移至萃取瓶中，加入石油醚進(jìn)行等體積萃取分離。柴油濃度測(cè)定采用紫外-可見分光光度計(jì)[3]，以石油醚作為空白，計(jì)算溶解性柴油的去除率。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 催化劑的表征

　　2.1.1 XRD分析

　　N-TiO2/FP､Fe-N-TiO2/FP 和Fe-N-TiO2/FP-CTS的XRD譜圖如圖1所示。

　　圖1 中，N-TiO2/FP的曲線在2θ=25.31°､37.84°48.05°､53.89°有較強(qiáng)銳鈦礦相的衍射峰，與Fe-N-TiO2/FP和Fe-N-TiO2/FP-CTS曲線衍射峰位置基本一致。Fe-N-TiO2/FP和Fe-N-TiO2/FP-CTS的曲線分別在衍射角2θ為26.44o和27.40o有較強(qiáng)的金紅石礦相的晶面衍射峰，有研究表明[4，5]，混晶TiO2 比單一形態(tài)的TiO2 光催化活性高。Yuangpho等[6]研究了TiO2 的不同銳鈦礦/金紅石比率對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的光催化降解的影響，結(jié)果顯示，在處理亞甲基藍(lán)溶液時(shí)，含有銳鈦礦相和金紅石相的混晶TiO2 比單一形態(tài)(銳鈦礦)TiO2 的效果更好�？梢钥闯�，3種催化劑的TiO2 以銳鈦礦晶型為主，而與N-TiO2/FP曲線對(duì)比，F(xiàn)e-N-TiO2/FP和FeN-TiO2/FP-CTS曲線能觀察到金紅石晶體，表明Fe元素的加入能促進(jìn)銳鈦礦相轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石相，TiO2的衍射峰峰寬變大､峰值減少，說明摻雜的Fe進(jìn)入TiO2 晶格，抑制TiO2 晶粒尺寸的增加[7]。

　　2.1.2 紫外-可見漫反射吸收光譜分析

　　FP､N-TiO2/FP､Fe-N-TiO2/FP和Fe-N-TiO2/FP-CTS的UV-Vis漫反射吸收光譜如圖2所示�？梢园l(fā)現(xiàn)，F(xiàn)P對(duì)可見光基本無吸收;N摻雜和Fe-N共摻雜均能使TiO2/FP復(fù)合催化劑的吸收邊界均出現(xiàn)了紅移，在可見光區(qū)域產(chǎn)生吸收帶邊，其中Fe-N共摻雜表現(xiàn)得更為明顯;與其他3種材料相比，F(xiàn)e-N-TiO2/FP-CTS材料對(duì)可見光吸收波長(zhǎng)范圍更寬，響應(yīng)強(qiáng)度更大，光催化活性更強(qiáng)。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

詳情請(qǐng)下載：漂浮型可見光催化劑Fe-N-TiO2/FP-CTS的制備及其對(duì)溶解性柴油的降解