TiO2 与 CFA 光催化性能分析

1 引言

药品和个人护理用品(Pharmaceutical and Personal Care Products，简称 PPCPs)是

一种日益受到人们关注的新兴污染物.兽类医药品、农用医药品、人类服用医药品及化妆品

的使用是其进入环境的主要方式.由于该类物质在被去除的同时也在源源不断地被引入到环

境中，人们还将其称为“伪持续性”污染物，目前在地表水、地下水、饮用水、土壤、污泥

中普遍检出 PPCPs 类物质，给水环境质量和生态系统安全带来隐患(邹艳敏等，2010).双氯

芬酸钠是一种人类用医药品，水环境中的双氯芬酸钠被认为是一种持久性有毒污染物(Yu et

al., 2013)，会污染饮用水，进而影响人体健康，增加人类病原菌的耐药性.

纳米 TiO2 光催化剂是近年来发展起来的一种新型环境友好材料(Asahi et al.,

2001;Khan et al., 2002)，它可以利用光能对水中或者空气中的有机污染物进行光催化降

解，最终生成无毒、无味的 CO2、H2O 及一些简单的无机物(Vione et al., 2005).早期研究

中，大多将 TiO2 粉末与废水组成悬浮体系(Maria et al., 2004)，这样 TiO2 粉末能与废水

充分混合，有利于提高光催化降解效率.然而，由于纳米颗粒尺寸细小，水处理后很难回收

重复利用.为克服这一缺陷，近年来 TiO2 光催化剂的负载技术得到了广泛的研究(Matsuzawa

et al., 2008)，将 TiO2 负载到适合的载体上，可解决水处理后的分离回收和重复使用问题.

目前被用来作为 TiO2 光催化剂的载体主要有玻璃、陶瓷、石英沙、不锈钢、钛合金、沸石、

活性炭、活性炭纤维等.

粉煤灰(CFA)是燃煤电厂粉煤燃烧排放的废弃物，我国目前每年排放的粉煤灰超过 1 亿

t，而重复利用率仅为 41.7%(Wang et al., 2006;石建稳等，2008)，且主要限于建材制品、

建筑工程、道路工程等方面，其余大部分被堆积废弃，不仅占用了大量耕地，而且易造成环

境污染.本研究组前期以粉煤灰为载体，采用 3 种不同方法成功将 TiO2 负载到粉煤灰的表面

(Shi et al., 2009)，其光催化降解甲基橙的结果表明，以混合泥浆法(Hybrid slurry

procedure)制备得到的 TiO2/CFA 光催化剂具有最佳的光催化性能和重复使用性能.因此，本

研究继续以粉煤灰为载体，采用混合泥浆法制备 TiO2/CFA 光催化剂，通过调整 TiO2 前驱体

钛酸四正丁酯的加入量来改变 TiO2 的负载量，并以双氯芬酸钠为目标污染物，研究 TiO2

负载量对 TiO2/CFA 的光催化降解性能及重复使用性能的影响.

2 实验

2.1 TiO2/CFA 光催化剂的制备

取 5 支 100 mL 的锥形瓶，分别加入 17.0、25.5、34.0、42.5 和 51.0 mL 的钛酸四正丁

酯，开启磁力搅拌，向每支锥形瓶中加入 10 g 经 600 ℃煅烧处理 2 h 的粉煤灰，继续搅拌

1 h，再向其中分别滴加 3.6、5.4、7.2、9.0 和 10.8 mL 的去离子水，边滴加边搅拌，最后