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钆掺杂二氧化钛纳米管光催化降解制药废水

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【中文关键词】 阳极氧化  TiO2纳米管阵列  光催化  制药废水  
【摘要】 采用阳极氧化法制备TiO2 纳米管阵列,并在制备TiO2 纳米管阵列的同时掺杂钆元素,形成钆掺杂TiO2纳米管阵列, 研究其光催化降解制药废水的性能。
【部分正文预览】

制药废水的特点是组成复杂, 有机污染物种类 多、浓度高, CODCr 和BOD5 浓度高且波动性大, NH3-N 浓度高, 色度大, 毒性大, 固体悬浮物SS 浓度高等[1-3]。目前, 对此类废水的处理常采用物 化法、化学法、生化法以及其它组合工艺等, 但都 很难达到满意的处理效果。与传统除污工艺相比, 光催化技术具有无毒、安全、稳定性好、催化活 性高、见效快、能耗低、催化剂可重复使用等优 点[4-5]。在众多报道过的光催化剂中, 半导体TiO2 由于具有活性高、稳定性好、无二次污染等优点, 被广泛应用于环境保护领域。TiO2 禁带宽度大(3.2 eV), 只能利用太阳光中的紫外线部分(仅占太阳 光能的3% ~ 4%), 而且光生电子-空穴容易复合,这些因素降低了TiO2 的光催化效率。研究者分别 用金属、非金属及半导体对TiO2 进行改性掺杂以 提高其光催化效率[6-8], 其中, 稀土元素具有不完 全的4f 轨道和空的5d 轨道, 易产生多电子组态, 稀土元素掺杂可在TiO2 半导体中形成浅势捕获阱, 有效地降低光生载流子的复合率, 提高了光催化效 率[9-11], 目前报道过的稀土元素掺杂改性多用于粉 体TiO2, 而且常采用溶胶-凝胶法、水热合成法掺 杂[12-13], 粉体的优点在于分散均匀, 能够和污染物 充分接触, 缺点是粉体容易团聚, 带来二次分离的 难题。通过阳极氧化法, 在生成TiO2 纳米管的同 时原位掺杂稀土元素的报道较少, 采用阳极氧化法 在金属钛片表面生成均匀的TiO2 纳米管, 制备方法简单[14-15]。本文通过阳极氧化法制备了高活性的 钆原位掺杂板式TiO2 纳米管光催化剂, 考察了钆 掺杂量、光照条件等因素对光催化效果的影响, 并 对钆掺杂TiO2 光催化降解制药废水的动力学特征 进行了分析。

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