二氧化钛催化降解苯酚的机理探究
摘要：本文深入开展了苯酚的光氧化、光催化降解机理探究。实验中，以二氧化钛为光催化剂，选取对苯二酚、对苯醌这两种主要的中间产物为研究对象。苯酚、对苯二酚和对苯醌的吸光度具有叠加效应，因此本文采用多波长测量的方法，对目标污染物和中间产物进行定量分析。结果表明：（1）二氧化钛具有较强的光催化降解作用；（2）在光催化的过程中，反应的控制步骤是：对苯二酚→对苯醌；（一年级学情分析>我们的青春年华3）对苯二酚的积累量随TiO2加入量的增大而明显增多，而对苯醌却呈随之略微减少的趋势，猜测是由于催化加速了整个体系中的各步骤反应，其中对于对苯醌→无机物质的加速尤为明显。
关键词：二氧化钛；苯酚；降解机理；光催化
酚类化合物作为一种重要的化工原料或中间体，被广泛用于树脂、尼龙、增塑剂、抗氧化剂、聚酯、药品、杀虫剂、炸药、染料和汽油添加剂等多种商品的生产中[1]。这类污染物毒性高，难降解，易在环境中积累。酚类化合物对人类健康和水生态环境已带来了严重的危害和潜在的威胁，因而美国国家环境保护总局（EPA）将其列为129种优先控制的污染物之一[2]，我国也在水污染控制中将含酚废水列为重点解决的有害废水之一。
含酚废水的pH值较高，一般在7.4～10之间，难以自然沉降，处理难度较大[3]。含酚废水处理工艺经过多年的实践和研究，形成了很多实用的处理方法，主要分为萃取法、吸附法、焚烧法、氧化法、高级氧化法、生化法等几类[4]。其中半导体光催化降解法是一种新型的含酚废水处理方法，其反应条件温和，易操作且不会产生二次污染，在水污染环境的修复方面有着极大的发展前景。半导体材料中尤以二氧化钛最为典型。
1实验
1.1实验装置
苯酚的光氧化、光催化实验均置于暗箱中进行反应。紫外灯的额定功率为8W，与苯酚溶液液面距离约为3cm。
1.2实验方法
1.2.1预实验
配制适宜浓度的苯酚、对苯二酚、对苯醌溶液，于紫外可见光分光光度计中进行全波长扫描，寻找适宜的测定波长。
1.2.2主体实验
苯酚的光氧化实验：将浓度为50mg/L的500mL苯酚溶液置于紫外光照射下，在紫外光开始照射前使溶液在暗态中放置30min，以后每隔30min取样测定。
军旅小说苯酚的光催化实验：在浓度为50mg/L的500mL苯酚溶液中加入一定量的TiO2催化剂，在紫外光开始照射前使催化剂与溶液能够充分接触30min，以后每隔30min取样测定。
1.2.3苯酚及中间产物对苯二酚、对苯醌的测定
光催化实验中所取的水样在6000r/min的转速下离心10min。光氧化实验中所取水样不必进行此步骤。
将所取水样于243.0nm、274.7nm、288.2nm波长下分别测定吸光度。
1.3试样分析与数据计算
1.3.1苯酚及中间产物对苯二酚、对苯醌的浓度计算
计算原理：比耳定律，当样品溶液的光程固定时，溶液的吸光度正比于吸光成分的浓度。在本次实验中，所研究的中间产物选取了对苯二酚和对苯醌，其它的产物如邻苯二酚相对于对苯二酚来讲其产生量相对较小，因此将其忽略，如顺丁烯二酸等对于实验的测定不产生影响。
经分光光度计全波长下扫描苯酚、对苯二酚及对苯醌三种溶液后发现243.0nm处是对苯醌的一个吸收峰，274.7nm处是苯酚和对苯二酚的等吸收点，288.2nm处对苯二酚的吸收不受苯酚的影响。
2结果与讨论
2.1不同条件下苯酚去除率的比较
分别称取0.03g与植物的特点0.05gTiO2催化剂加入到50mg/L的苯酚溶液500mL，经过30min的吸附后，在紫外灯照射下磁力搅拌器上搅拌0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h、3.0h、3.5h、4.0h、4.5h、5.0h、5.5h、6.0h，过滤离心后取滤液测吸光度，每组做平行样，观察不同时间下，苯酚的去除效果，并与光氧化（不加TiO2）时的苯酚去除效果作比较。TiO2对于
苯酚的吸附效果并不是很明显，吸附效率很低。光催化（加入TiO2）的苯酚降解效率明显高于光氧化（不加入TiO2）时的效率，且催化剂的加入量越大，苯酚的降解效果越好。加入0.05g TiO2，苯酚的降解效率可以达到50%违反和解除劳动合同的经济补偿办法以上，这也证明了TiO2优异的催化性能。
2.2不同条件下苯酚溶液矿化程度的比较
这里所指的矿化程度是指苯酚、对苯二酚和对苯醌这三种主要物质的总量在溶液中的去除率（其中0.5h该时刻总量的减小属于TiO2的吸附作用，因而此时刻的矿化程度仍认为是0%），可以简单指示出溶液中有机态污染物的去除程度。三种物质总量越小，则溶液中有机态污染物的去除量越大，即矿化程度越大。光催化（加入TiO2）时溶液的矿化程度明显高于光氧化（不加入TiO2）时的矿化程度。加入TiO2的量越大，矿化程度越明显。这进一步证明了TiO2可以有效提高有机污染物的去除效率。
2.3苯酚降解机理探究
在本次实验中，所研究的中间产物选取了对苯二酚和对苯醌。这两种物质是苯酚降解反应中的主要中间产物，测定这两种物质在降解过程中的积累量变化规律，对于研究苯酚降解
机理有较大意义。光氧化（不加TiO2）时对苯二酚的积累量远小于光催化（加入TiO2）时的积累量，且TiO2的加入量越大，对苯二酚的积累量越大。可以得出结论，TiO2的存在极大地促进了苯酚向对苯二酚的转化。在苯酚的降解过程中，对苯醌的积累量相对都比较小。三种条件下对苯醌积累量的变化规律与对苯二酚不同，且有所波动。但总体规律呈现为：①三种条件下，对苯醌的积累量值相差不大；②光氧化（不加TiO2冬天适合泡温泉吗）时对苯醌的积累量略大于光催化（加入TiO2）时的积累量，且呈现出TiO2的加入量越大，对苯醌的积累量越小的趋势。说明在光催化的过程中，反应的控制步骤是：对苯二酚→对苯醌。
3结论
（1）TiO2催化剂对于苯酚的降解反应具有很好的催化性能，0.05gTiO2加入到50mg/L的苯酚溶液500mL中，苯酚的降解效率便可达到50%以上。
（2）在苯酚的光催化反应中，中间产物对苯醌的积累量较少，仅约为2mg/L，而对苯二酚的积累量较大，可达到对苯醌的3-5倍，说明在光催化的过程中，反应的控制步骤是：对苯二酚→对苯醌。
（3）TiO2催化剂的存在极大地促进了苯酚向对苯二酚的转化，导致对苯二酚的积累量随5g技术简介TiO2加入量的增大而明显增多。但是对苯醌的积累量变化不大，反而有随TiO2加入量的增大而略微减少的趋势，我们认为这是由于催化加速了整个体系中的各步骤反应，而TiO2对对苯醌→无机物质的加速更为明显，才导致对苯醌的积累量没有显著增大。
参考文献
暖和的英文
[1] 马克,陈寅生,李茜. 含酚废水治理技术的现状及进展[J]. 化学工业与工程技术,2009,30(6):21-25
[2] BEETY MOTERS,J.Y.S.WU. Removal of Organic Precursors by Permanganate Oxidation and Alum Coagulation[J]. Water Rearch,Vol.19,No.3,pp: 309-314,1985.
[3] 朱龙. 含酚废水治理方法研究[J]. 能源环境保护. 2004,18(5): 42-43.
[4] 张文军,王旭,李强. 含酚废水处理技术的研究进展[J]. 工业用水与废水,2011,42(1):5-7.
