二氧化钛的制备及其在降解Cr(VI)中的研究

　　关键词：二氧化钛  制备  光催化剂  降解

　　论文摘要：以廉价、易得的四氯化钛为原料，利用溶胶一凝胶法制备二氧化钛，工艺过程简单、易控制、污染少，是一种制备二氧化钛的理想方法。以制备出的二氧化钛为光催化剂降解Cr(VI)，研究了的重铬酸钾溶液的pH值、重铬酸根离子的初始浓度、催化剂的用量，催化反应时间等因素对重铬酸根离子降解率的影响。结果表明，在pH=2.5时，光催化反应速度最快；随着催化剂用量的增加，反应速度加快；催化反应时间延长，降解率增加；当反应时间足够时，重铬酸根离子初始浓度对过程影响不大。

　　目前，制备二氧化钛的方法很多，分类方法也有所不同。根据性质，分为气相法、固相法和液相法。气相法制备出的TiO₂纯度高、分散性好、团聚少、比表面活性大，但是气相法的反应要求在高温条件下瞬间完成，对反应器的选择、设备的材质，加热方法等均有很高的要求，欲达到化生产还要解决一系列工程问题和设备材质问题。与气相法相比，液相法具有原料廉价、无毒、常温下可以反应、工艺过程简单、易控制、污染少、产品质量稳定等优点^[3-4]。因此，以廉价、易得的四氯化钛为原料，利用溶胶一凝胶法制备二氧化钛是一种具有工业发展潜力的理想方法。

　　含铬废水主要来源于制革、电镀及铬盐生产等行业排放的废水，其中废水中的Cr(VI)能在或动植物体内蓄积，Cr(VI)的毒性是Cr(III)的100倍左右，如果过量摄入，会对人体健康和动植物的生长产生不利影响。鉴于排放的铬特别是Cr(VI)对人体和水生生物体危害极大，世界各国都对排放铬的含量进行了严格的限制。目前，对含铬废水的处理主要采用生物法、离子交换法、化学法等方法。其中生物法出水水质好、污泥量少、但处理太高，普通化学法的出水水质差，污泥量多^[9]。

　　二氧化钛是环境友好型光催化剂，用它来处理含铬废水具有低能耗、易操作、无二次污染等特点。二氧化钛光催化降解Cr(VI)属于光还原反应，利用光催化反应技术将Cr(VI)还原成Cr(III)，进而将Cr(III)转化为Cr(OH)₃沉淀从溶液中分离出来，从而达到降解含铬废水的目的。

　　1.实验原理

　　1.1溶胶一凝胶法制备二氧化钛的原理

　　将四氯化钛加入乙醇的水溶液中，让TiCl₄水解后再加入含羟基或可释放出羟基的化合物（本实验用氨水），使其缩合，逐渐凝胶化后经干燥和煅烧可得二氧化钛粉末，反应如下：

           水解反应：

               TiCl₄ + 4C₂H₅OH  = Ti(OC₂H₅)₄ + 4HCl

               Ti(OC₂H₅)₄ + 4H₂O = Ti(OH)₄  ↓ + 4C₂H₅OH

煅烧反应：

Ti(OH)₄  = TiO₂ + 2H₂O

1.2二氧化钛降解Cr(VI)的机理

二氧化钛降解Cr(VI)属于光还原反应，利用光催化反应技术将Cr(VI)还原Cr(III)，进而可将Cr(III)转化为Cr(OH)₃沉淀从溶液中分离出来，达到把Cr(VI)从水中分离的目的。

    当TiO₂受到能量大于禁带宽度的紫外光照射时，价带上的跃迁到导带上，从而产生高活性的光生电子（e^-）和空穴（h⁺）对。光生电子（e^-）有很强的还原性，能够把Cr(VI)还原成Cr(III)，而水得到价带上的空穴而发生氧化，其反应为：

TiO₂  + hr → TiO₂ (e^-+ h⁺ )

14H⁺ + Cr₂O₇^2- + 6e^- → 2Cr³⁺ + 7H₂O

6H₂O + 12h⁺ → O₂ + 12h⁺

Cr³⁺ + 3OH^- →Cr(OH)₃↓

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