Page 170 - 《精细化工》2022年第6期
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·1236·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 39 卷

            煅烧 2 h，得到光催化复合材料 CX-TiO 2 -La(x)，x                 L；  和  分别为初始溶液和吸附平衡溶液中 PHE
                                                                        e
                                                                    0
            取值为 0.05、0.5 和 8（x 为 La 掺杂量的 100 倍，La              的质量浓度，mg/L；m 为光催化复合材料用量，g。
            掺杂量以 TiO 2 、甲醛、间苯二酚和间苯三酚的总物                            为了分析复合光催化材料吸附 PHE 的速率并探
            质的量为基准，下同）。                                        讨吸附机理，采用数学模型对数据进行模拟：
                 以相同工艺为基础，将不添加氯化镧得到的产                              准一级动力学模型表达式：
            品作为参比，命名为 CX-TiO 2 。CX-TiO 2 -La(x)的制
                                                                              q   q   1e   K 1 t      （3）
            备流程示意图见图 1。                                                        t   e
                                                                   准二级动力学模型表达式：
                                                                                        2
                                                                                    K qt
                                                                               q  1 qK t  2e  2        （4）
                                                                                t
                                                                                      e
                                                               式中：q e 为吸附 12 h 的 PHE 平衡吸附量，mg/g；q t
                                                               为 t 时刻 PHE 的吸附量，mg/g；K 1 为准一级吸附速率
                                                                       –1
                                                               常数，min ；K 2 为准二级吸附速率常数，g/(mg·min)。

                                                                   吸附等温实验：向 100 mL TX-100（5 g/L）增
                    图 1  CX-TiO 2 -La(x)的制备流程示意图               溶的 PHE（20、40、60、80、100 和 120 mg/L）溶液
              Fig. 1    Preparation process flow chart of CX-TiO 2 -La(x)   中加入 3 g/L 复合光催化剂，在不同温度下（298.15、

            1.3   结构表征与性能测试                                    308.15 和 318.15 K）于恒温振荡器中以 200 r/min 的速
                                                               度振荡 12 h 至吸附平衡，离心萃取后测定萃取液（下
                 XRD：Cu 靶，K α 辐射，40 kV，30 mA，波长
                                                               清液）的吸光度，根据式（2）计算 PHE 的吸附量。
            为 1.5406 nm，扫描范围为 10°~80°，步速为 4 (°)/min，
            步距为 0.02°。SEM：喷金后，在加速电压为 20 kV 的                       用 Langmuir 和 Freundlich 吸附等温方程分别描
            扫描电子显微镜上测定。FTIR：采用溴化钾压片法，                          述均匀表面单层吸附和非均匀表面非均匀吸附，其
                                                       –1
                             –1
            扫描分辨率为 1 cm ，波数范围为 600～4000 cm 。                   表达式分别如式（5）和式（6）所示。
                                                                                      k 
                 材料吸附降解性能测试：无光照环境下，将                                          q   q m  Le               （5）
                                                                               e
                                                                                      
            100 mL TX-100（5 g/L）增溶的 PHE（100 mg/L）                                    1 k 
                                                                                        Le
            溶液加入接通超级恒温水浴（25  ℃）的降解反应器                                           q   k  1/n             （6）
                                                                                 e
                                                                                     F e
            中；再加入 0.3 g 光催化复合材料，磁力搅拌混匀，                        式中：  为吸附平衡时 PHE 的质量浓度，mg/L；
                                                                      e
            暗态吸附 30 min 取 2 mL 样品，用氙灯（500 W）辐                  q e 为 PHE 的平衡吸附量，mg/g；q m 为 PHE 的最大
            射 5 h。分别在辐射的第 1、2、3、4、5 h 取样，每                     吸附量，mg/g；k L 为吸附平衡常数，L/mg；k F 为
                                                                                             1/n
            次 2 mL，离心（10000 r/min，10 min）后取 1 mL               Freundlich 吸附常数，(mg/g)(L/mg) ；n 为表征吸附
            上清液，用 10 mL 二氯甲烷和 5 mL 饱和 NaCl 的混                  强度的 Freundlich 常数。
            合溶液萃取，用紫外-可见分光光度计在 PHE 的最                              复合材料的循环使用性能测试：每周期増溶
            大吸收波长 253 nm 处测定系列标准溶液在此处的                         PHE 降解实验完成后，将加入的 CX-TiO 2 -La(x)进行
            吸光度，利用朗伯-比尔定律算出溶液中的 PHE 质                          洗涤并抽滤，将滤渣烘干，测定复合光催化剂循环
            量浓度，3 次实验后取平均值。根据式（1）计算对                           使用性能，重复进行 8 次实验。
            增溶 PHE 的移除率（η 移除，%）。
                        移除  /%   (  0      t ) /   0    100    （1）   2   结果与讨论
            式中：  为初始增溶 PHE 质量浓度；  为 t 时刻                     2.1  CX-TiO 2 -La(x)的结构、形貌表征
                                                 t
                    0
            的增溶 PHE 质量浓度，单位均为 mg/L。                            2.1.1  XRD 分析
                 吸附动力学实验：向 100 mL TX-100（5 g/L）                    在 900  ℃下 N 2 氛围煅烧后，CX-TiO 2 及 CX-
            增溶的 PHE（100 mg/L）溶液中加入 3 g/L 光催化                   TiO 2 -La(x)系列样品的 XRD 图谱如图 2 所示。对于
            复合材料，分别在 298.15、308.15 和 318.15 K 下恒               CX-TiO 2 来说，碳的还原性抑制了 900  ℃高温下 TiO 2
            温振荡，在不同间隔取样，离心萃取后测定萃取液                             的晶型转变，样品为金红石 TiO 2 （JCPDS No.21-
            （下清液）的吸光度，根据式（2）计算 PHE 的平                          1276）和锐钛矿 TiO 2 （JCPDS No.21-1272）的混合
            衡吸附量。                                              晶型。其中，2θ 为 25.20°（101）、37.76°（004）、
                           q   e  (   0   e  )V  / m    （2）   47.98°（200）、55.00°（211）、62.68°（204）、68.76°
            式中：q e 为 PHE 的平衡吸附量，mg/g；V 为溶液体积，                  （116）对应锐钛矿 TiO 2 的晶格面；2θ 为 27.40°
   165   166   167   168   169   170   171   172   173   174   175