吴霞探究实验报告2015.5.3.doc

La2O3掺杂TiO2 光催化降解农药废水的研究吴 霞一、 实验研究的目的1、采用光催化降解处理农药废水； 2、通过对稀土元素、二氧化钛用量、光照时间以及掺杂量的控制，测定不同处理条件下废水的COD；3、确定稀土元素掺杂TiO2处理农药废水的最佳工艺条件。二、实验研究的背景长期大规模生产和使用有机磷农药，不仅对环境造成严重污染，在食物及饲料中的残留对人及养殖动物也有严重的影响，在某些环境中也会有较长的残存期并在动物体内产生蓄积作用。所以需要经济方便、安全实用的净化措施消除有机磷农药的污染，妥善的解决有机磷农药生产使用和环境保护的问题。本课题采用稀土元素掺杂氧化物作为光催化剂，使用光催化机理来降解农药使其有机磷转化为无机磷，通过测定降解前后的COD来判断降解的效果。三、实验原理1、TiO2光催化降解有机磷农药的机理1-2当受到能量大于或等于TiO2禁带宽度(3.2eV)的光子照射时，TiO2中处于价带的电子被激发跃迁到导带上形成强还原性的导带电子(e)，同时在价带上产生一个强氧化性的价带空穴(h)。电子和空穴或直接和吸附在TiO2表面的有机物反应，或与水分子和溶解氧发生一系列反应，生成强氧化性的OH、O2，上述反应可描述如：2、化学耗氧量（COD）测定水中化学含氧量(COD)的大小是衡量水质污染程度的重要指标之一。由于废水中还原性物质常常是各种有机物，人们常将COD作为水质是否受到有机物污染的重要指标。COD是指特定条件下，用一种强氧化剂定量地氧化水中可还原性物质(有机物和无机物)时所消耗氧化剂的数量，以每升多少毫克氧表示(O2mg/L),不同条件下得出的COD指不同。由于氧化时受氧化剂的种类、浓度、温度、时间及催化剂的影响，因此COD是一个条件性指标，必须严格控制反应条件。农药废水的COD范围是在几千到几万左右。目前COD的测定多采用KMnO4和K2Cr2O7两种方法，KMnO4适合测定地面水、河水等污染不十分严重的水。4KMnO4 + 6H2SO4 + 5C 2K2SO4 + 4MnSO4 + 6H2O + 5CO22KMnO4 + Na2C2O4 + 8H2SO4 5NaSO4 + K2SO4 + 2KMnSO4 + 10CO2 + 8H2O水样中Cl-的浓度大于300mg/L时将使测定结果偏高，通常加入Ag2SO4除去Cl-。取水样后加入硫酸使其pH La2O3/TiO2 Nd2O3/TiO2。由于TiO2因光激发产生的电子与空穴容易进行直接或间接的复合，导致TiO2光催化活性降低7。因此，电子与空穴的复合时间越长，界面电荷传输速率常数越大，则光催化剂催化活性越高。在TiO2中掺杂少量的某些金属离子，由于这些离子存在多化合价，可成为光生电子-空穴对的浅势捕获阱，延长电子与空穴的复合时间，因而可以提高TiO2光催化活性8。七、结论（1）稀土元素的掺杂量与氧化物的比值在200:1的时候降解率尤其明显,最大可以达到92.64%。（2）通过不同稀土分别掺杂TiO2的研究表明，Ce2O3/TiO2La2O3/TiO2Nb2O3/TiO2。（3）通过不同氧化物对废水进行光催化降解得出，TiO2（90.31%）ZnO+TiO2（90.20%）ZnO（80.06%）。（4）紫外线的照射时间的长短对于降解率也有影响，当照射时间为3h时降解率达到最大，3h以后降解率呈下降趋势。 参考文献1尹荔松,朱剑,闻立时,杨硕等.稀土金属共掺杂纳米TiO2的制备及其光催化性能,世界科技研究与展,2008,30(2):122-125.2马军委,张海波,董振波,吴雪文,韩团辉.纳米二氧化钛制备方法的研究进展.无机盐工业,2006.38(10):5-7. 3张金花,刘亚光,任金平,韩润亭.环境中有机磷农药降解方法的研究进展.吉林农业科学，2009,34（4）：37-40.4钱天才,牟雷,周烈兴.TiO2掺杂Ce和La离子薄膜的微结构与光催化性能.材料工程，2010(1):58-61.5Jean-Marie Herrmann,Chantal Guillard,Applied Catalysis B:Enviromental 35(2002)281-294.6苏茜,张勇.二氧化钛光催化降解有机磷农药的机理和影响因素.广州化学,2005.3,30(1):52-57.7姜洪泉,王鹏,卢丹丹,吴兰英,线恒泽.TiO2/Gd2O3纳米