劉 志 彬

(1. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 食品工程學(xué)院，哈爾濱 150076；2. 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 應(yīng)用化學(xué)系，哈爾濱 150001)

二氧化鈦-表面活性劑處理甲基橙的性能研究

劉 志 彬1,2

(1. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 食品工程學(xué)院，哈爾濱 150076；2. 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 應(yīng)用化學(xué)系，哈爾濱 150001)

采用溶膠-凝膠法合成了二氧化鈦光催化劑， 考察了水、無水乙醇、冰醋酸、水浴溫度、體系pH值等因素對凝膠質(zhì)量的影響；考察了CTAB的包覆量對光催化活性的影響；同時以甲基橙為目標(biāo)降解物，考察了光催化劑的投加量、光照時間、甲基橙質(zhì)量濃度等因素對光催化活性的影響.實驗結(jié)果表明，當(dāng)鈦酸丁酯∶無水乙醇∶冰醋酸∶水的比例為3∶5∶0.3∶0.5，水浴溫度為40 ℃，pH值為2 ～3時，催化劑的凝膠質(zhì)量最好；在光催化劑的投加量為0.05 g的二氧化鈦包覆0.002 5 g的CTAB，光照時間為8 h，甲基橙質(zhì)量濃度為10 mg∕L時，光催化效率最高.

溶膠-凝膠法；二氧化鈦；表面活性劑；光催化活性

我國是一個人均嚴(yán)重缺水的國家.近年來，由于經(jīng)濟社會的高速發(fā)展，水體污染問題體現(xiàn)越來越突出.制藥廠廢水隨意濫排，造紙、印染等行業(yè)超標(biāo)違規(guī)排放是水體污染的重要來源.研究新的水處理劑應(yīng)對水體嚴(yán)重污染已成為當(dāng)前科技工作者和大專院校科學(xué)研究的熱點之一.

光催化氧化技術(shù)是近30年才出現(xiàn)的水處理新技術(shù).二氧化鈦因其化學(xué)穩(wěn)定性高、耐腐蝕，且具有較深的價帶能級，催化活性好，可以使一些吸熱的化學(xué)反應(yīng)在光輻射的條件下得到實現(xiàn)和加速，加之二氧化鈦對人體無毒毒害，且成本較低，因而是目前公認(rèn)的光催化反應(yīng)的最佳催化劑.本文是在此基礎(chǔ)上探討表面活性劑的加入對二氧化鈦光催化反應(yīng)的促進(jìn)作用.是一次有意義的實踐，為今后光催化反應(yīng)開辟了新的研究思路和發(fā)展方向[1-5].

1 材料與方法

1.1 實驗儀器和試劑

1.1.1儀器及設(shè)備

721型紫外可見分光光度計(上海第三分析儀器廠)，電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DHG-9123A 上海一恒科學(xué)儀器有限公司)，78-1型磁力加熱攪拌器(江蘇省正基儀器有限公司)，馬弗爐(KSW-5-12A 天津市中環(huán)實驗電爐有限公司)，分析天平(ALC-210.2 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司)，800B型臺式離心機(上海安亭科學(xué)儀器廠)，紫外燈(飛利浦照明，功率30W，主波長365 nm)，PHS-25型PH劑(上海日島科學(xué)儀器有限公司)

1.1.2藥品與試劑

鈦酸丁酯(化學(xué)純 天津益利精細(xì)化學(xué)有限公司)，無水乙醇(分析純 天津市天新精細(xì)化工開發(fā)中心)，冰醋酸(分析純 天津市天新精細(xì)化工開發(fā)中心)，硝酸(分析純)，NaoH固體(分析純)，濃鹽酸，CTAB(分析純，十六烷基三甲基溴化銨)，甲基橙(分析純)

1.2 二氧化鈦——表面活性劑體系的制備方法

1.2.1二氧化鈦凝膠的制備

室溫下用量筒量取一定體積的鈦酸丁酯溶液(注意量取前要保證量筒的干燥，因為鈦酸丁酯遇水會發(fā)生水解)、適量無水乙醇，放在磁力攪拌器上，邊攪拌邊將置于干燥的分液漏斗中鈦酸丁酯溶液緩慢的滴加到無水乙醇中，再量取一定量的冰醋酸，緩慢滴入鈦酸丁酯和無水乙醇形成的溶液中，同時用磁力攪拌器強力攪拌，攪拌一段時間，溫度為室溫條件下，待混合均勻后形成黃色澄清溶液.

量筒量取適量的蒸餾水分散在一定量的無水乙醇中，緩慢滴加到上述溶液中，繼續(xù)攪拌30～60 min，得到黃色凝膠.

在此反應(yīng)過程中，鈦酸丁酯會發(fā)生水解反應(yīng)，生成Ti(OH)，使溶液的pH值不斷升高，需要不斷用硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH值，使之控制在一定范圍內(nèi)，能夠保證不會發(fā)生水解.以上得到的黃色凝膠靜置24 h.

1.2.2二氧化鈦粉體的制備

將制得的二氧化鈦凝膠放在烘干箱內(nèi)，于80 ℃烘干后，得到黃色的氧化鈦晶體.

待樣品冷卻到室溫后，用研缽將黃色晶體研碎，得到白色的二氧化鈦粉末.

將研磨后的白色二氧化鈦粉末分成2份，一份置于馬弗爐內(nèi)，在500 ℃焙燒5 h，取出后，自然冷卻到室溫.得到二氧化鈦納米粉末，另一份備用.

1.2.3二氧化鈦—表面活性劑體系的制備

稱取2 g TiO2均勻分散于100 mL去離子水中,用氨水調(diào)節(jié)不同pH值,加入適量的CTAB，繼續(xù)攪拌3 h，靜置，過濾，烘干，研磨.制得表面改性的CTAB - TiO2粉體[6-8].

1.3 二氧化鈦—表面活性劑體系的光催化性能測試

1.3.1甲基橙溶液的配置

用分析天平稱取10 mg甲基橙粉末，用蒸餾水將其定容于1 000 mL容量瓶中，得10 mg/L的甲基橙溶液.

1.3.2實驗步驟

稱取一定量的二氧化鈦—表面活性劑復(fù)合物粉末，然后加入到100 mL質(zhì)量濃度為10 mg/L甲基橙溶液中，攪拌均勻，在紫外燈照射下，光照一定時間后，取少量溶液，離心分離，取上層清液.

用分光光度法在456 nm波長、以蒸餾水做參比溶液測定甲基橙溶液的降解前后吸光度的變化.

1.3.3染料脫色率的計算

低質(zhì)量濃度范圍內(nèi)吸光度(A)與質(zhì)量濃度(c)之間有很好的線性關(guān)系,遵守朗伯-比耳定律，以脫色率(D)來衡量降解程度，

D=(c0-c)/c0×100%=(A0-A)∕A×100%其中：c0為初始質(zhì)量濃度，c為脫色后質(zhì)量濃度，A0為初試吸光度，A為脫色后吸光度.

2.1 二氧化鈦—表面活性劑體系制備過程的影響因素

2.1.1水的加入量及加入方式對凝膠質(zhì)量的影響

在pH值恒定的條件下，將鈦酸丁酯/水分別取3∶0.3，3∶0.4，3∶0.5，3∶0.6，3∶0.7不同配比滴加到反應(yīng)液中攪拌，形成凝膠，研究加水量及加水方式對凝膠質(zhì)量的影響.

由表1可知，水不能直接加入反應(yīng)溶液中，應(yīng)該將其溶于一定量的無水乙醇中，再加入.向前驅(qū)物的乙醇溶液中加水速度太快，則鈦酸丁酯的水解速度也會快，水解生成的聚合物來不及溶于乙醇而直接發(fā)生快速縮聚反應(yīng)，反應(yīng)生成的聚合物經(jīng)碰撞交聯(lián)而形成沉聚物，產(chǎn)生大量的塊狀絮凝物生成，得不到穩(wěn)定的透明溶膠.若將滴加溶液緩慢地注入原液中，則反應(yīng)較為平緩，可在一定程度上控制水解速度.所以本試驗把反應(yīng)水分散到占醇總量1/3的無水乙醇中配成混合液，再把混合液滴加至上述攪拌的溶液中，水反應(yīng)速度可得到較好的控制，水解縮聚物能更勻地分散在乙醇中，形成穩(wěn)定的溶膠體系.

表1 加水方式對溶膠的影響

加水方式將水直接加入將水分散于1/3總量的乙醇中效果立即產(chǎn)生大量乳白色塊狀絮凝物攪拌3～4min產(chǎn)生透明溶膠

由表2可知當(dāng)水/鈦酸丁酯的配比為0.5∶3時凝膠情況最好好，水/鈦酸丁酯的值過大或過小凝膠的效果不好.加水量對溶膠-凝膠法制備納米TiO2有重要的影響，水對鈦酸丁酯的水解有很大的作用.研究認(rèn)為當(dāng)水量較少時，體系中占主導(dǎo)地位得是溶劑，從而導(dǎo)致鈦酸四丁酯與水接觸的機率降低，水解的速度減慢，產(chǎn)物更易凝聚，延長凝膠的時間.加大水量時鈦酸丁酯水解的量及水解的程度同時提高，縮聚物的交聯(lián)度和聚合度增大，利于二氧化鈦溶膠向凝膠轉(zhuǎn)變，從而使凝膠時間變短.但是，當(dāng)加入量過大時，會生成絮狀沉淀，過量水沖淡了縮聚物的質(zhì)量濃度，會使滴入的鈦酸丁酯迅速水解，凝膠時間有所延長或不能形成溶膠，而且隨著加水量的增加，也會促進(jìn)水解，在一定程度上降低了凝膠的穩(wěn)定性，嚴(yán)重影響實驗效果，加水量控制在水與鈦酸四丁酯的物質(zhì)的量比為0.5∶3時效果較好.

表2 不同加水量時的凝膠情況及凝膠時間

水/鈦酸丁酯凝膠情況凝膠時間/min0．3∶3透明度較好，不渾濁93．00．4∶3透明較度好，不渾濁85．00．5∶3透明度好，不渾濁34．00．6∶3顏色較淺，透明度稍差11．00．7∶3顏色較淺，透明度稍差3．0

2.1.2無水乙醇的加入量對凝膠時間、凝膠情況的影響

在反應(yīng)溫度為40 ℃，pH值恒定的條件下，將鈦酸丁酯/醇分別取1∶5，2∶5， 3∶5，4∶5，5∶5不同配比滴加到反應(yīng)液當(dāng)中攪拌，形成凝膠，研究加醇量不同對凝膠質(zhì)量的影響.

由表3可知當(dāng)鈦酸丁酯水/的配比為3∶5時凝膠情況較好，水/鈦酸丁酯的值過大或過小凝膠的效果不好且凝膠時間較長.

表3 鈦酸丁酯/無水乙醇不同比例時的凝膠情況及凝膠時間

鈦酸丁酯/醇凝膠情況凝膠時間/min5∶5凝膠顏色較淺，稍微混濁，產(chǎn)品粗84∶5凝膠時間較長，稍微混濁123∶5凝膠透明，亮度較好182∶5凝膠時將較長，比較混濁，顏色發(fā)白341∶5乙醇揮發(fā)50

無水乙醇用量對溶膠體系的影響較大，隨著加入乙醇量的增加，凝膠時間也相應(yīng)地增加，這是因為反應(yīng)過程中的水解速度非?？?，無水乙醇作為溶劑，對鈦酸丁酯起到分散的作用，乙醇溶劑沖淡了鈦醇鹽的質(zhì)量濃度，并且使其流動性增加，使反應(yīng)分子間的碰撞幾率降低，可以抑制鈦酸丁酯的水解反應(yīng)，而且還會發(fā)生酯醇解反應(yīng).另外，如果乙醇的量過多，鈦酸丁酯的質(zhì)量濃度降低，使形成的鈦酸丁酯單體很難接觸，交聯(lián)成鏈的可能性減小，因此聚合反應(yīng)速度會很慢，也會造成凝膠的時間延長.乙醇量較少時，其凝膠時間短，這是因為乙醇量較少時，鈦酸丁酯的質(zhì)量濃度較大，水解單體容易接觸碰撞，交聯(lián)成鏈的可能性較大，聚合反應(yīng)速度較大，成膠時間短.所以，乙醇量要適宜.

2.1.3冰醋酸的加入量對凝膠質(zhì)量的影響

在反應(yīng)溫度為40 ℃，pH值恒定的條件下，將鈦酸丁酯/冰醋酸分別取3∶0.1，3∶0.2，3∶0.3，3∶0,4，3∶0.5不同配比滴加到反應(yīng)液當(dāng)中攪拌，形成凝膠，研究加入冰醋酸量的不同對凝膠質(zhì)量的影響. 由表4可知：當(dāng)鈦酸丁酯/無水乙醇、鈦酸丁酯/水、 pH值一定時，鈦酸丁酯/冰醋酸的值為3∶0.3時凝膠情況較好.這主要是由于凝膠過程中水解反應(yīng)非常迅速，并且鈦酸丁酯含有活潑的丁氧基反應(yīng)基團(tuán)，能和含有羥基或質(zhì)子的物質(zhì)反應(yīng).它除能發(fā)生水解反應(yīng)外，在一定條件下能夠與一些小分子或聚合物發(fā)生醇解、酸解反應(yīng).因此通過加入冰醋酸來控制水解速率，抑制沉淀的生成，以形成穩(wěn)定的凝膠.

表4 鈦酸丁酯/冰醋酸不同比例時的凝膠情況及凝膠時間

鈦酸丁酯/冰醋酸凝膠情況凝膠時間/min3∶0．1透明度較好，不渾濁103∶0．2透明度較好，不渾濁163∶0．3透明度好，不渾濁403∶0．4顏色較淺，透明度稍差903∶0．5顏色較淺，透明度稍差190

2.1.4溫度對凝膠時間、凝膠情質(zhì)量況的影響

在pH值及各反應(yīng)物配比恒定的條件下，研究反應(yīng)溫度為20、40、60 ℃時對凝膠情況及凝膠時間的影響. 由表5可知反應(yīng)溫度在40 ℃實驗得到的溶膠透明度及均勻性好，凝膠比較穩(wěn)定均勻，并且凝膠時間短.

表5 不同反應(yīng)溫度時的凝膠情況及凝膠時間

溫度/℃凝膠情況凝膠時間/min20透明度較好，不渾濁8340透明度好，不渾濁2260透明度一般，不渾濁7

由于恒溫水浴溫度越高，形成凝膠的時間越短.鈦酸丁酯的水解、縮合反應(yīng)是吸熱過程，升高溫度，反應(yīng)向正向進(jìn)行，溫度越高，水解、縮合反應(yīng)的速度越大，溶膠越不穩(wěn)定，凝膠時間也越短.另外，隨著溫度的升高，有機溶劑無水乙醇的揮發(fā)速度加快，從而使得參加水解縮聚反應(yīng)的反應(yīng)物質(zhì)量濃度增大，溶液中縮聚產(chǎn)物的質(zhì)量濃度也增大，縮聚產(chǎn)物之間相互碰撞更為頻繁，易于交連成大分子網(wǎng)絡(luò)，更加速了縮聚凝膠的速度，因而凝膠時間大大減少.所以并不是形成凝膠溫度越高越好，應(yīng)控制在35～40 ℃為最佳.

2.1.5pH值對凝膠質(zhì)量的影響

在反應(yīng)溫度及各反應(yīng)物配比恒定的條件下，研究pH值為2，3，4，5，6的不同情況時，對凝膠情況及凝膠時間的影響. 從表6可知，通過控制pH值的大小能夠達(dá)到控制凝膠時間的目的.在pH值在2～3的范圍內(nèi)，得到的凝膠較理想，且凝膠時間可以控制.

表6 不同pH值時的凝膠情況及凝膠時間

pH值凝膠情況凝膠時間/min6水解立即5透明度較好，不渾濁34透明度較好，不渾濁93透明度好，不渾濁162很難凝膠，溶膠較透明22

在鈦酸丁酯、無水乙醇、去離子水和冰醋酸的用量恒定的條件下，溶膠體系的pH值對凝膠時間有影響，結(jié)果pH值為2～3時，凝膠效果最佳.隨著pH值的減小，凝膠時間逐漸延長，這是因為溶液之中的[Ti(OH)2]2+水合離子部分游離出的OH-.與溶液中的H+反應(yīng)，生成了相應(yīng)穩(wěn)定的Ti4+，因而延長了凝膠的時間此外，溶液較強的酸性能較大程度地抑制水分子的電解.隨著pH值增大，溶膠酸性減弱，堿性增強，OH-質(zhì)量濃度增大，聚合反應(yīng)速度增大，所以凝膠時間明顯縮短.綜合各種因素，本試驗中pH值在2～3之間較好.

2.2 二氧化鈦——表面活性劑體系的光催化性能評價

2.2.1CTAB的包覆量對光催化活性的影響

1)焙燒的二氧化鈦

取10mg∕L的甲基橙溶液做單因素試驗，測得甲基橙的最大吸收波長為456 nm，降解前的吸光度為0.846，量取5份甲基橙溶液，每份100 mL，紫外燈照射4 h后取出，2 000 r/min離心10 min，取上層清液測吸光度.結(jié)果如表7.

表7 焙燒二氧化鈦、表面活性劑添加量對降解率的影響

12345TiO2/g0．10．10．10．10．1CTAB/g00．0050．010．020．03光照后吸光度0．7770．1680．1470．1790．414降解率/﹪8．1682．6280．1466．7051．06

實驗結(jié)果表明：隨著CTAB包覆量的增加，甲基橙的降解率先增大再降低，當(dāng)CTAB包覆量為5%時甲基橙的降解率達(dá)到最大值.這是因為隨著CTAB包覆量的增加，捕獲光生電子的活性點逐漸增多，光生電子-空穴的復(fù)合被有效抑制，導(dǎo)致催化劑活性逐漸提高，當(dāng)CTAB包覆量為5%時光生電子捕獲阱密度最大，所以甲基橙的降解率亦達(dá)到最大值.此外，CTAB分子烷基鏈對甲基橙具有吸附作用，使溶液中甲基橙可以富集在催化劑粒子表面，提供一個高質(zhì)量濃度的污染物環(huán)境，有利于光催化反應(yīng)的快速進(jìn)行.但當(dāng)包覆量過大時，會阻礙TiO2對光的吸收，使光催化劑活性下降.

2)未焙燒的二氧化鈦

上述兩組實驗表明：CTAB的包覆量為5%的未焙燒的二氧化鈦的光催化活性較高，為了進(jìn)一步驗證這一結(jié)果進(jìn)行下面的試驗.見表8.

表8 未焙燒二氧化鈦、表面活性劑添加量對降解率的影響

12345TiO2/(g)0．10．10．10．10．1CTAB/g00．0050．010．020．03光照后吸光度0．6320．0800．0830．1080．366降解率/﹪25．3090．5490．1987．2356．74

3)二氧化鈦的狀態(tài)和CTAB的包覆量

該實驗進(jìn)一步證明了前兩組實驗的結(jié)果，綜上所述：CTAB的包覆量為5%的未焙燒的二氧化鈦的光催化活性較高.見表9.

表9 焙燒二氧化鈦與未焙燒二氧化鈦對降解率影響

TiO2/gCTAB/g光照前吸光度光照后吸光度降解率/%10．1(未燒)0．0050．8460．03795．6320．1(未燒)0．010．8460．08090．5430．1(焙燒)0．0050．8460．08689．8340．1(焙燒)0．010．8460．10787．35

2.2.2單因素試驗

對甲基橙質(zhì)量濃度，pH值，二氧化鈦投加量和光照時間四個因素做單因素試驗.

1)不同質(zhì)量濃度的甲基橙

實驗表明：在二氧化鈦，CTAB，pH值等條件不變時，12 mg∕L的甲基橙降解效率最高.見表10.

表10 不同質(zhì)量濃度甲基橙的降解率

甲基橙質(zhì)量濃度/(mg·L-1)TiO2/gCTAB/g光照前吸光度光照后吸光度降解率/%150．10．0050．4030．05187．342100．10．0050．7260．06391．323120．10．0050．8280．07091．54

2)不同的pH值

實驗表明：當(dāng)甲基橙質(zhì)量濃度，二氧化鈦投加量，CTAB的量確定時，pH值減小降解率也隨之降低，因此在不調(diào)節(jié)pH值即pH=6時降解率最高.見表11.

表11 不同的pH值下甲基橙的降解率

甲基橙質(zhì)量濃度/(mg·L-1)TiO2/gCTAB/gpH值光照前吸光度光照后吸光度降解率/﹪1100．10．00560．7260．05891．872100．10．00550．7260．07387．593100．10．00540．7260．11079．964100．10．00520．7260．11873．36

3)不同的二氧化鈦投加量

實驗表明：在甲基橙質(zhì)量濃度不變時，光催化效率隨二氧化鈦的投加量變化，小于0.1g時隨二氧化鈦的增加光催化效率也增加，超過0.1g繼續(xù)增加光催化效率降低，在0.1g時光催化效率最高.見表12.

表12 不同的CTAB添加量對甲基橙的降解率

甲基橙質(zhì)量濃度/(mg·L-1)TiO2/gCTAB/g光照前吸光度光照后吸光度降解率/﹪1100．050．00250．7260．06990．492100．10．0050．7260．06790．773100．20．010．7260．10885．124100．30．0150．7260．15678．51

4)不同的光照時間

實驗表明：在甲基橙質(zhì)量濃度，二氧化鈦投加量，CTAB一定時，適當(dāng)?shù)难娱L光照時間降解率隨之提高.見表13.

表13 光照時間對甲基橙降解率的影響

甲基橙質(zhì)量濃度/(mg·L-1)TiO2/gCTAB/g光照時間/h光照前吸光度光照后吸光度降解率/﹪1100．10．00520．7260．07789．392100．10．00540．7260．06990．493100．10．00560．7260．03495．31

2.2.3正交實驗設(shè)計

1)正交試驗因素，水平的選擇

通過單因素實驗可知：溶液在不調(diào)節(jié)pH值的情況下(pH值=6)，而調(diào)節(jié)pH值的單因素實驗也表明，pH值為6時光催化效率最高，因此正交實驗忽略pH值的影響，只考慮二氧化鈦投加量，光照時間和溶液初始質(zhì)量濃度三個因素的影響，同時為了保證實驗的準(zhǔn)確性采用四水平實驗.見表14.

表14 光照時間、二氧化鈦投加量、甲基橙質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)表

TiO2/g光照時間/h甲基橙質(zhì)量濃度/(mg·L-1)10．054520．16830．281040．31612

2)正交表的選擇

實驗采用三因素四水平，因此選擇L16(45)見表15.

表15 三因素四水平正交表

實驗AB空C空方案111111A1B1C1212222A1B2C2313333A1B3C3414444A1B4C4521234A2B1C3622143A2B2C4723412A2B3C1824321A2B4C2931342A3B1C41032431A3B2C31133124A3B3C21234213A3B4C11341423A4B1C21442314A4B2C11543241A4B3C41644132A4B4C3

3)正交試驗結(jié)果分析

見表16.

表16 正交試驗數(shù)據(jù)表

實驗AB空C空方案降解率/﹪111111A1B1C187．10212222A1B2C291．19313333A1B3C394．35414444A1B4C488．65521234A2B1C391．46622143A2B2C493．11723412A2B3C190．57824321A2B4C289．46931342A3B1C476．571032431A3B2C390．501133124A3B3C286．181234213A3B4C181．641341423A4B1C270．121442314A4B2C183．371543241A4B3C488．041644132A4B4C374．24

ABCDEⅠj361．29325．25340．63342．68355．10Ⅱj364．60358．17352．33336．95332．57Ⅲj334．89359．14343．75350．55339．22Ⅳj315．77333．99339．84346．37349．66Rj48．8333．8912．4913．6022．53

影響的主次順序為A>B﹥空﹥D，所以二氧化鈦的投加量是主要的影響因素，因此最佳方案為A1B3C3.

3 結(jié) 論

1)通過單因素實驗得到影響二氧化鈦凝膠的主要因素有∶水的加入量、無水乙醇的用量、冰醋酸的用量、溫度以及溶液pH值.最后確定鈦酸丁酯∶無水乙醇∶冰醋酸∶水的最佳比例為3∶5∶0.3∶0.5，pH值為2～3，反應(yīng)溫度為40 ℃時，催化劑的凝膠質(zhì)量最好.

2)通過單因素實驗確定,在CTAB的包覆量為二氧化鈦質(zhì)量的5%時光催化效率最高.

3)通過單因素試驗確定，未經(jīng)焙燒的二氧化鈦包覆其質(zhì)量的5%的CTAB的光催化效率比焙燒的二氧化鈦包覆其質(zhì)量的5%的CTAB的光催化效率高，因此確定光催化劑為包覆CTAB的量為二氧化鈦質(zhì)量的5%的樣品.

4)通過四組單因素光催化劑投加量，光照時間，甲基橙質(zhì)量濃度，溶液pH值的實驗，經(jīng)比較pH值的變化對光催化效率影響相對較小.

5)通過三因素四水平的正交實驗，進(jìn)行了16組實驗，通過對正交實驗結(jié)果的分析得出最佳實驗方案，即光催化劑的投加量為0.05 g的二氧化鈦包覆0.002 5 g的CTAB，光照時間為8 h，甲基橙質(zhì)量濃度為10 mg∕L，光催化效率最高，甲基橙的降解率可達(dá)94.35%.

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Research of removal methyl orange by titanium dioxide-surfactant

LIU Zhi-bin1, 2

(1. School of Food Engineering, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China;2. Department of Chemistry, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)

In this paper, the titanium dioxide photocatalyst was synthesized by the sol-gel method. The influence of water, ethanol, acetic acid, water bath temperature, system pH value and other factors on gel quality was investigated. And the effect of CTAB coating on the photocatalytic activity was investigated. At the same time, with the methyl orange as the objective degradation products, the effect of the photocatalytic activity of photocatalyst dosage, exposure time, the methyl orange concentration and other factors on the photocatalytic activity was investigated.The experimental results showed that when the ratio of tetrabutyl titanate, ethanol, acetic acid, water ratio was 3∶5∶0.3∶0.5, the water bath temperature was 40℃ and the pH value was 2 to 3, the catalyst gel had the best quality. When the photocatalyst dosage was 0.05 g, the titanium dioxide coated 0.002 5 g of CTAB, the illumination time was 8 h, and the methyl orange concentration was 10 mg / L, the photocatalytic efficiency was highest.

sol-gel method; titanium dioxide; surfactant system; photocatalytic activity

2014-06-15.

哈爾濱商業(yè)大學(xué)青年教師自然科學(xué)基金課題(HCUL2013014)

劉志彬(1980-)男，博士，講師，研究方向：應(yīng)用化學(xué).

O643

A

1672-0946(2015)02-0177-06