使用昆山舒美KQ－700VDV去除水中溴酸鹽分析

1 材料與方法 

1. 1 試驗材料與儀器

本實驗過程中所使用的實驗試劑均來自國藥集 團化學試劑有限公司，名稱和純度見表 1。 催化劑制備、表征及活性測試所使用實驗儀器 見表 2。

1. 2 催化劑制備

銪摻雜二氧化鈦催化劑采用水熱法制備。具體 步驟如下: 量取 50 mL 去離子水于燒杯中，使用磁力 攪拌機攪拌，400 r /min。稱取 2. 8 g 的 TiO2 ( P25)倒入燒杯。稱取 0. 0822 g Eu( NO3 ) 3 和，分別用 20 mL 去 離 子 水 溶 解。 燒 杯 內 分 別 逐 滴 滴 加 Eu( NO3 ) 3 溶液，獲得前驅物。攪拌超聲各 15 min， 交替進行 1 h，置于四氟乙烯內層反應釜內，180°C 水熱 24 h，然后冷卻至室溫( 約 8 h) 。將反應釜內 溶液分置于 4 個離心管內，離心洗滌超聲 3 次。除 蓋，80°C 烘干 10 h。每份研磨 5 min 后，裝袋，記錄 日期和名稱。

1. 3 試驗方法和步驟

在如圖 1 的反應裝置中，加入 400 mL 一定初始 濃度的溴酸鈉溶液( 以 BrO3 － 計) ，稱取一定量的 xEu-TiO2 光催化劑，攪拌均勻后測其 pH，并用 KOH 溶液和 HCl 溶液將 pH 調至反應所需要的 pH 值，光 照反應前暗態情況下持續攪拌 30 min 至穩定吸附 狀態，開啟紫外燈同時反應進行，反應過程中不同時 刻( 0、3、5、7、10、15、20、25、30 mim) 依次定時取樣， 0. 22 μm 水系濾頭過濾后測定 BrO3 － 和 Br－ 等濃度 數值。整個反應過程，除特殊指明外，反應條件為: 溴酸鹽初始濃度為 100 μg /L，Eu- TiO2 催化劑 Eu 摻雜比為 1%，投加量為 0. 05 g /L，反應 pH 為 5. 7± 0. 2，反應溫度為( 22±2) ℃。 光催化實驗裝置設有光源、可循環冷卻水式系 統、紫外光反應器和磁力攪拌器。光源為紫外燈( 10 w，波長 254 nm，26 μw /cm2 ) 。反應器頂與燈的 距離為 1. 5 cm。反應器通循環冷卻水，使溫度保持 ( 22±2) ℃。反應器下置有磁力攪拌器，為使催化劑 與溴酸鹽溶液充分接觸，轉速為 400 r /min。反應器 中設有取樣口，可定期取樣進行分析檢測。 同時，采用 X 射線光電子能譜( XPS) 、熒光光 譜( PL) 、X 射線衍射( XＲD) 、紫外可見漫反射( UVVIS DＲS) 等手段對制備的 Eu-TiO2 材料進行表征。

2 結果與討論

XPS 采用英國賽默飛世爾 Escalab250i 型Ⅹ射線光電子能譜儀測定，微聚焦單 色化 X 射線源，工作電流 25 mA，工作電壓 14 kV， 能量分辨率優于 0. 5 eV( Ag3d5 /2) ，0. 8 eV( C1s) ， 微區分析面積＜20 μm，區域分辨率可達 0. 45 eV，成 像空間分辨率 0. 2 nm。以單質碳 C1s( 284. 6 eV) 譜 線對樣品的電子峰峰位進行校正。隨著樣品銪摻雜量的增加，樣品 尺寸略有減小。純 TiO2 光催化反應市量子效率很 低，本實驗添加稀土金屬銪后，使得 Eu2O3 和 TiO2 復合材料粒徑變小，同時比表面積增大，由于量子尺 寸效應，使 x%Eu /TiO2 的光吸收特性產生紅移。隨著摻雜比的增加，BrO3 － 去除 速度先加快后減慢，30 min 的去除率先增加后減 少。存 在 最 佳 摻 雜 比 1%，30 min 的 去 除 率 為 95%。摻雜比低于 1%時，摻雜比越大，去除速率 越大，去 除 率 越 高。摻 雜 比 高 于 1% 時 則 相 反。 可以推測一定量的 TiO2 上摻雜的 Eu 越多，晶粒 缺陷越多，催化劑活性越強。達到最優負載之 后，過量 的 Eu2O3 會覆 蓋 掉 TiO2 表面 的 活 性 位 點，并提供過多的捕獲位點導致電子空穴對的再 次結合，使催化活性下降。

3 結論

1) 在 TiO2 上摻雜稀土金屬 Eu 可以提高其對紫 外光的利用率，提高其催化活性。在 pH = 5. 7、投加 量 0. 05 g /L、負載量 1%、溴酸鹽初始濃度 0. 1 mg /L 的情況下，30 min 內溴酸鹽的去除效率可達 95%。 

2) Eu-TiO2 材料中 Eu 的摻雜使得{ 101} 晶面得 到加強，同時抑制了電子－空穴對的復合，催化劑禁 帶寬度從 2. 92 eV 窄化至 2. 71 eV，一定程度上拓寬 了催化劑的光響應范圍，從而顯著地提高了催化 活性。 

3) 隨著摻雜后的發光強度有所降低，催化劑穩 定性較好。Eu-TiO2 光催化去除溴酸鹽反應是通過 還原反應，昆山舒美得出溴離子是反應的唯一產物。

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