贝壳基纳米Fe3+—TiO2的制备及其光降解海面油污研究
随着海洋资源的不断开发和利用，海洋水体油污污染日益严重。据报道，全世界每年因河流和海上事故进入河流和海洋的石油污染物总量在1000万吨以上，对水体及海洋环境造成了严重的污染。因此，治理和防止海面石油污染已成为社会各界关注和迫切解决的问题之一。
本文选用海洋废弃物贝壳作为主要原料，用复合粘结剂石膏和水泥等作为粘结剂，采用加压成型和室温保湿自然养护，成功制备出具有一定抗折强度的贝壳基载体。以钛酸四丁酯为钛源，采用溶胶-凝胶法制备了负载型贝壳基纳米Fe3+-TiO2光催化剂。以海水中的石油为目标降解物，研究了贝壳基纳米Fe3+-TiO2的光催化活性。通过XRD、SEM-EDS、UV-Vis和XPS等测试手段对其进行了表征，最终得以下结论：
(1)XRD分析表明，贝壳基载体450℃煅烧前后贝壳中的主要成分CaCO3晶型没有发生变化；不同的贝壳粉含量、粒径及养护时间对贝壳基载体的抗折强度有一定的影响，含量越高、粒径越大和养护时间越短，抗折强度越低，为了满足实验的要求确定贝壳粉质量百分含量为60％、粒径为100-200目(150-75μm)和贝壳基载体养护时间大于28 d。
(2)通过实验讨论了催化剂的煅烧温度、Fe3+掺杂量和负载次数对海水中石油去除率的影响。结果表明：在可见光照射下，煅烧温度为450℃、Fe3+掺杂量为0.7％和负载次数为四次时具有最高的光催化活性。探讨了不同的水质、石油污染物的初始浓度和光照时间对光催化反应活性的影响。结果表明：催化剂的活性在蒸馏水中的要比在海水中反应的活性高；石油的初始浓度越高相同的反应时间内，其光降解率越低；随着光催化反应时间的延长，石油的降解率逐渐升高，对浓度为50 mg/L的石油，反应温度为20℃，光照16 h时降解率可达76％。
(3)贝壳基纳米Fe3+-TiO2中TiO2的粒径随着煅烧温度的升高而增大，且550℃煅烧是出现了金红石矿晶型，而且比相同煅烧温度下纯TiO2粉末的粒径大；掺Fe3+的催化剂比不掺杂的相比对光的吸收出现了明显的红移；TiO2在贝壳基载体的表面形成了一层粒径约25 nm左右的TiO2膜，部分在TiO2膜的表面出现了富集；XPS分析表明铁和钛分别以Fe3+和Ti4+的价态存在。
(4)石油的光催化反应分为两个阶段，前4 h石油的降解表观速率比较快；第二阶段石油的光降解催化反应为一级反应，其反应速率常数κ为3.52 mg/(L·h)，吸附平衡常数K为0.0239 mg/L，反应活化能为Ea为23.551 kJ/mol。
贝壳基纳米Fe3+-TiO2;光催化氧化;石油类油污;自然光;海面油污
中国海洋大学
硕士
化学工艺
李春虎
2012
中文
O643.36;X55
72
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）