硫摻雜二氧化鈦的光催化活性及其對(duì)微囊藻毒素的降解.pdf

1、微囊藻毒素（Microcystins,MCs）是由7個(gè)氨基酸殘基組成的環(huán)狀多肽，它是由藍(lán)藻細(xì)胞破裂產(chǎn)生，由于7個(gè)氨基酸殘基中有兩個(gè)可變殘基，導(dǎo)致其具多變的排列方式，因此MCs具有很多同分異構(gòu)體，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)90多種同分異構(gòu)體。其中最為普遍、含量最多、毒性最強(qiáng)的是MC-LR。MC-LR對(duì)于生物體有許多毒性，例如神經(jīng)毒性、遺傳毒性和多器官毒性等，甚至長(zhǎng)期接觸MC-LR，會(huì)存在促癌的風(fēng)險(xiǎn)，它對(duì)人類(lèi)的身體健康有著嚴(yán)重的影響，也是飲用水的一大隱患

2、。MC-LR具有良好的穩(wěn)定性、耐熱性和耐水解特性，很難被常規(guī)水處理方式去除，因此給人們?nèi)绾胃咝Лh(huán)保的去除它帶來(lái)了難題。而屬于高級(jí)氧化技術(shù)的可見(jiàn)光催化去除具有綠色環(huán)保，成本低，安全無(wú)污染的特點(diǎn)，能夠較好地克服一般常規(guī)的水處理的缺點(diǎn)，將會(huì)成為去除環(huán)境中MCs的主要方式。
　　本實(shí)驗(yàn)利用溶膠-凝膠法制備了不同添加硫脲順序、不同煅燒溫度，不同[S]/[Ti]配比的硫摻雜二氧化鈦（S-TiO2）粉體，并使用相應(yīng)的儀器對(duì)部分S-TiO2進(jìn)行了

3、表征。以MC-LR的去除率為考察指標(biāo)驗(yàn)證S-TiO2催化劑的活性，設(shè)計(jì)了S-TiO2可見(jiàn)光下去除MC-LR的實(shí)驗(yàn)。而且研究了在經(jīng)過(guò)過(guò)濾，清洗，干燥一系列回收過(guò)程后S-TiO2的光穩(wěn)定性和回收重復(fù)利用率。結(jié)果顯示，非金屬S的摻雜會(huì)導(dǎo)致TiO2晶體粒徑變小，并且影響其結(jié)晶程度。S以+6S取代了晶格中的+4Ti，形成S-O-Ti結(jié)構(gòu)，提高了S-TiO2對(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)。通過(guò)對(duì)比不同S-TiO2對(duì)MC-LR的去除率，得到了制作S-TiO2的最優(yōu)條

4、件：在水解部分將摻硫量的配比（[S]/[Ti]）為0.25的硫脲與鈦酸丁酯充分混合后再進(jìn)行縮合和陳化，然后在在溫度為500℃下煅燒3h。
　　通過(guò)對(duì)清洗液的篩選可知，25％乙醇水清洗S-TiO2后，S-TiO2的回收率最高且對(duì)催化劑光活性的影響最小。因此，25%乙醇水為最佳的清洗液。同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)制備的S-TiO2在5次重復(fù)利用實(shí)驗(yàn)中對(duì)MC-LR的去除率無(wú)明顯變化，證明其具有良好的穩(wěn)定性和可重復(fù)利用性。但是在多次回收利用的過(guò)程中，S

5、-TiO2粉末的損失嚴(yán)重，每次重復(fù)利用催化劑的損失率高達(dá)41±6.07%，因此必須研究新形態(tài)的催化劑，使其更加完善。
　　使用[S]/[Ti]配比為0.25，在馬弗爐中選擇500℃煅燒3h下制作的S-TiO2對(duì)初始濃度為10.1μg·mL-1的MC-LR進(jìn)行光去除，以探討MC-LR的最優(yōu)可見(jiàn)光去除條件。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，S-TiO2在可見(jiàn)光下去除MC-LR的效果與光強(qiáng)和溶液中pH值大小有很大關(guān)系。當(dāng)光強(qiáng)增大時(shí)，MC-LR的去除率也會(huì)

6、跟著增大，并且在去除實(shí)驗(yàn)的后期去除率逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。最佳去除所需的pH由S-TiO2在水中的PZC和此時(shí)的MC-LR所帶電荷決定。實(shí)驗(yàn)證明，pH在2.1-6.8之間時(shí)去除率最佳。最佳S-TiO2的投加量為0.1g·L-1。單因素對(duì)可見(jiàn)光催化去除MC-LR的影響程度由大到小分別為反應(yīng)時(shí)間、投加量和光強(qiáng)。在本文設(shè)計(jì)的正交條件下， S-TiO2可見(jiàn)光下去除MC-LR的最優(yōu)去除工藝為：光強(qiáng)3000lux，催化劑用量0.1g·L-1，反應(yīng)時(shí)間1

7、6h。此時(shí)初始濃度為10.1μg·mL-1的MC-LR去除率達(dá)到100%。通過(guò)探討研究S-TiO2光催化去除機(jī)理，發(fā)現(xiàn)光催化去除的主要氧化基團(tuán)是h+，限速步驟是電子與空穴的結(jié)合。
　　為了改良S-TiO2粉狀光催化劑損失率高、回收過(guò)程復(fù)雜的問(wèn)題，制作了[S]/[Ti]配比為0.25的S-TiO2溶膠，利用涂覆法和浸漬提拉法在基板（蓋玻片）上制作了兩種摻硫改性二氧化鈦催化劑的薄膜，并以其在可見(jiàn)光下去除MC-LR的去除率為指標(biāo)，驗(yàn)證其