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纳米TiO2是一种催化性较强的半导体材料,在紫外光照射作用下产生光生载流子:空穴和电子。利用空穴的强氧化性可以把污水中有机物分解成CO2和H2O,电子的强还原性可以将污水中重金属离子还原。纳米TiO2颗粒作为光催化剂有以下优点:产物无毒,原材料来源丰富、催化材料易合成；但其作为光催化剂有较大的局限性:首先纳米TiO2颗粒在溶液中极易团聚影响光催化效果,其次纳米粒子在溶液中不易回收容易造成“二次污染”。
本研究选择稳定性好、比表面积大、易于与纳米TiO2牢固结合且价格低廉、资源丰富的粉煤灰微珠和凹凸棒石作为纳米TiO2的载体。采用溶胶.凝胶在不同温度煅烧制备出纳米TiO2／微珠和纳米TiO2／凹凸棒石光催化复合材料,重点研究了影响复合材料光催化的主要因素,探讨了光催化降解甲基橙的动力学过程,得出以下结论:
1.采用XRD,SEM,TEM,EDS等分析方法对制备复合材料进行了表征,研究结果表明:1)微珠表面均匀包覆一层致密的纳米TiO2薄膜；2)凹凸棒石表面均匀负载一层纳米TiO2颗粒；3)不同温度下煅烧制备的复合材料中纳米TiO2相含量和晶粒尺寸差别较大。
2.影响复合材料光催化性能的主要因素有:煅烧温度、催化剂的添加量以及负载次数,研究表明:1)经过3次负载500℃煅烧后制备的纳米TiO2／微珠复合材料光催化效果最佳,催化剂添加量为3g／1时,光照2h甲基橙溶液的降解率达到98.6％；2)600℃煅烧制备纳米TiO2／凹凸棒石复合材料光催化效果最佳,当催化剂添加量为2g／L时,光照2h甲基橙的降解率到达92％。
3.纳米TiO2／微珠光催化复合材料具有较好可重复利用性,经过7次重复利用以后仍能使甲基橙的降解率达到50％以上。甲基橙降解过程遵循Langmiur-Hinshewood动力学模型,复合材料表观速率常数K值是相同工艺条件制备纳米TiO2的1.6倍。
4.纳米TiO2／凹凸棒石光催化复合材料降解甲基橙动力学过程研究表明:纳米复合材料对甲基橙有较强的吸附性,吸附平衡常数Ka=0.0896,吸附作用对复合材料的光催化性能不可忽略,光催化动力学方程符合L-H(Langmnir-Hinshelwood)模型,二级动力学方程很好地描述其降解规律,光催化动力学方程:ln Gt+0.00896Ct=0.418—0.0197t。