【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 力強(qiáng)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定無(wú)毒的性質(zhì)，這使它成為當(dāng)今世界上最受青睞的光催化劑。TiO2可在空氣凈化、廢水處理、抗菌、除污防霧、自潔凈等方面有廣泛應(yīng)用。 TiO2的晶型結(jié)構(gòu)二氧化鈦在自然界低溫態(tài)有板鈦礦型、銳欽礦型和金紅石礦型三種晶體結(jié)構(gòu)。其中[46]銳鈦礦和金紅石晶型的TiO2在力學(xué)、電學(xué)、介電、磁學(xué)、光學(xué)以及熱學(xué)性能上具有很好的應(yīng)用價(jià)值。創(chuàng)門(mén)都呈八面體結(jié)構(gòu)形式，板鈦礦結(jié)構(gòu)中，原子的近程分布是一個(gè)扭曲的八面體結(jié)構(gòu)，其中鈦原子位于結(jié)構(gòu)單元的中心，氧原子位于結(jié)構(gòu)單元的各頂點(diǎn)，每個(gè)氧原子和鈦原子之間的鍵長(zhǎng)均不同。銳鈦礦晶型則具有更高的對(duì)稱(chēng)性，是一個(gè)典型的八面體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中鈦原子同樣位于結(jié)構(gòu)單元的中心位置，而氧原子也同樣位于各頂點(diǎn)處，但氧原子和鈦原子間只有兩種不同的鍵長(zhǎng)。銳鈦礦結(jié)構(gòu)中有四條共享邊。金紅石則是一個(gè)四面體的晶格結(jié)構(gòu)形式，鈦原子位于結(jié)構(gòu)單元的中心，氧原子則位于單元的頂點(diǎn)位置，氧原子和鈦原子間也有兩種不同的鍵長(zhǎng)。[47]與板鈦礦和銳鈦礦結(jié)構(gòu)相比，金紅石礦具有更高的對(duì)稱(chēng)性，有兩條共享邊，其密度也最大。 板鈦礦（a） 、銳鈦礦（b） 、金鈦礦（c）型的八面體晶體結(jié)構(gòu) TiO2的性質(zhì)（1）TiO2具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)腐蝕性和非遷移性。（2）無(wú)毒性：可用在防曬化妝品和食品包裝材料上。（3）紫外屏蔽性和可見(jiàn)性透明性。（4）光催化性：納米二氧化欽利用自然光、常溫、常壓、即可催化分解細(xì)菌和污染物，許多有毒有機(jī)物在納米 TiO2光催化作用下均可逐步降解為對(duì)環(huán)境無(wú)害的無(wú)機(jī)物。（5）光電轉(zhuǎn)換特性：納米二氧化欽太陽(yáng)能電池在模擬太陽(yáng)光光源照射下，其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)12%，光電流密度達(dá)12mA/cm2。具有優(yōu)異的光吸收和光電轉(zhuǎn)換特性[48]。（6）顏色效應(yīng)：納米二氧化欽質(zhì)點(diǎn)小而透明，能大量阻隔紫外線(xiàn)，從而產(chǎn)生顏色效應(yīng)。它與其它顏料的協(xié)同效應(yīng)相當(dāng)好，這一獨(dú)特的光學(xué)性能使其成為當(dāng)今最高檔次的效應(yīng)顏料。 TiO2的制備方法[4953]（1）金屬的醇鹽水解法：先由TiCl4制備鈦醇鹽，然后控制水解，沉積出偏鈦酸，干燥，鍛燒得到TiO2亞微粉。以鈦鹽溶液直接強(qiáng)迫水解是制備納米TiO2最簡(jiǎn)單的方法。尚靜等用金屬醇鹽水解法制備的TiO2粒子，隨焙燒溫度的增加TiO2粒子長(zhǎng)大，晶型由銳鈦礦向金紅石型轉(zhuǎn)變，光催化活性降低。（2）溶膠一凝膠法：溶膠一凝膠法是目前用來(lái)制備超細(xì)陶瓷粉末、纖維和薄膜的一種有效方法，包括溶膠制備和溶膠一凝膠化兩個(gè)過(guò)程。這種方法是以欽醇鹽為原料，在無(wú)水乙醇溶劑中與水發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)水解與縮聚過(guò)程而逐漸凝膠化，再經(jīng)干燥、燒結(jié)處理即可得到納米TiO2顆粒。此法制得的產(chǎn)品純度高，顆粒細(xì)，尺寸均勻，干燥后顆粒自身的燒結(jié)溫度較低。（3）超臨界流體干燥法(SGFD法)：SGFD法是近年來(lái)針對(duì)溶膠—凝膠法的改進(jìn)。采用SGFD法可降低干燥過(guò)程中的表面張力，保持凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而獲得多孔納米TiO2。（4）氣相法：TiCl4和氧氣體系在電阻爐或高頻感應(yīng)等離子爐化學(xué)氣相沉積法合成平均粒徑為20一200nm的TiO2。（5）水熱合成法：由四氯化鈦先制得偏鈦酸，再在壓熱器中加溫加壓，水熱合成超微細(xì)TiO2。 研究的目的和內(nèi)容 研究的目的在我國(guó)水污染控制中，含酚廢水被列為重點(diǎn)解決的有害廢水之一，是工業(yè)有機(jī)廢水中最普遍最有代表性的一類(lèi)，如何更加有效治理含酚廢水，減少環(huán)境污染，保護(hù)人類(lèi)生存環(huán)境是一項(xiàng)亟待解決的工程實(shí)際問(wèn)題。所以對(duì)苯酚等揮發(fā)酚類(lèi)需要嚴(yán)格控制，而且對(duì)于揮發(fā)酚廢水的治理的研究也一直是熱點(diǎn)。膨脹石墨表面及內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)非常發(fā)達(dá), 有良好的疏水親油性,具有高的化學(xué)穩(wěn)定性, 還能耐高溫、低溫,無(wú)毒, 不會(huì)造成二次污染, 易于處理。目前對(duì)于膨脹石墨的吸附研究以吸附油類(lèi)物質(zhì)和燃料居多，吸附其他污染物的報(bào)道較少見(jiàn)。本課題就是重點(diǎn)研究膨脹石墨對(duì)苯酚的吸附降解作用，以去除污水中的苯酚。 研究的內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)涉及（1）石墨的膨脹工藝選定；（2）膨脹石墨對(duì)苯酚降解性能的表征；（3）試驗(yàn)并預(yù)測(cè)膨脹石墨對(duì)苯酚吸附性能。因此實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)包括三個(gè)方面：（1）膨脹石墨的制備；（2）用TiO2對(duì)膨脹石墨表面進(jìn)行改性以合成復(fù)合材料，即負(fù)載TiO2的膨脹石墨的制備；（3）未負(fù)載膨脹石墨對(duì)苯酚的吸附性能測(cè)試以及與負(fù)載TiO2的膨脹石墨的比較。第二章 膨脹石墨的制備 實(shí)驗(yàn)儀器儀器名稱(chēng)儀器型號(hào)生產(chǎn)廠家電子分析天平BS224S北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司電熱恒溫水浴鍋HH 2國(guó)華電器有限公司磁力加熱攪拌器G8023CSPZ佛山市格蘭仕微波爐電器有限公司紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)TU1810北京普析通用儀器有限公司電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱DHG9123A上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司紫外燈256mn佛山電器照明有限公司馬弗爐SX2410上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司數(shù)顯pH計(jì)上海雷磁創(chuàng)益儀器儀表有限公司 實(shí)驗(yàn)試劑及材料 試劑名稱(chēng)規(guī)格生產(chǎn)廠家乙醇分析純南京化學(xué)試劑有限公司冰乙酸分析純南京化學(xué)試劑有限公司磷酸分析純南京化學(xué)試劑有限公司硝酸分析純南京化學(xué)試劑有限公司硫酸分析純南京化學(xué)試劑有限公司高錳酸鉀分析純南京化學(xué)試劑有限公司鹽酸分析純南京化學(xué)試劑有限公司鈦酸正丁酯分析純上海凌峰化學(xué)試劑有限公司 材料名稱(chēng)生產(chǎn)廠家鱗片石墨青島海達(dá)石墨公司苯酚國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司 膨脹石墨的制備采用化學(xué)氧化法制備膨脹石墨，以鱗片石墨作為原料，以濃硝酸和高錳酸鉀作為氧化劑，濃磷酸作為插層劑，以一定比例倒入燒瓶中，恒溫水浴。一段時(shí)間后，以飽和磷酸氫二鈉溶液作為二次插層劑進(jìn)行二次插層。插層反應(yīng)完成后水洗至中性，烘干，最后使用微波爐進(jìn)行膨化，從而得到膨脹石墨。 膨脹石墨的制備流程簡(jiǎn)圖 TiO2溶膠的制備①將15ml無(wú)水乙醇邊攪拌邊向其中倒入10ml的鈦酸正丁酯，充分?jǐn)嚢?，制成A液。②將3ml蒸餾水和4ml冰乙酸在攪拌的狀態(tài)下滴入15ml無(wú)水乙醇中，充分?jǐn)嚢瑁瞥葿液。③將B液在快速攪拌的狀態(tài)下逐滴加入A液中，控制pH值在3以下，充分?jǐn)嚢柚敝菱佀岫□ニ馔耆罱K形成透明的TiO2溶膠。 負(fù)載TiO2的膨脹石墨的制備分別用兩種方法負(fù)載TiO2。方法一：將已經(jīng)制成的膨脹石墨在溶膠中浸泡30min，取出后105℃烘干，然后放入馬弗爐中400℃煅燒一個(gè)小時(shí)。得到負(fù)載TiO2的膨脹石墨，表觀呈粒狀。方法二：將制好可膨脹石墨在溶膠中浸泡30min，取出70℃烘干，微波膨脹一段時(shí)間，然后放入馬弗爐中400℃煅燒一個(gè)小時(shí)。得到膨脹體積在負(fù)載TiO2的膨脹石墨。 膨脹體積的測(cè)定 用量筒法（GB1069889）計(jì)算膨脹石墨的膨脹倍數(shù)，取W（g）膨脹石墨，用量筒量取其松裝體積V（mL），按照下式計(jì)算EG的膨脹體積E（g/mL），平行測(cè)定三次，取平均值。 E=V/W膨脹體積（mL/g）=體積/質(zhì)量 廢水中苯酚濃度的測(cè)定 配制苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液在一組8支50mL比色管中，,分別加入0、、。，混勻。—氨基安替比林溶液（4—氨基安替比林溶液的制備：取2克溶于100ml蒸餾水中，混勻），混勻，（鐵氰化鉀的制備：取8克溶于100ml蒸餾水中，混勻），充分混勻后，加水至標(biāo)線(xiàn),放置10min。用紫外一可見(jiàn)分光光度計(jì)，以波長(zhǎng)λmax510nm作為工作波長(zhǎng)，用光程為20nm的比色皿,以水為參比,測(cè)量溶液的吸光度。由除零管外的其他校準(zhǔn)系列測(cè)得的吸光值減去零管的吸光度值,繪制吸光度對(duì)酚含量(mg)的曲線(xiàn)苯酚含量（mg） 苯酚溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)由苯酚溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)可得線(xiàn)性方程：y=；在測(cè)定的濃度范圍內(nèi) ，苯酚溶液濃度可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算得到。 苯酚去除量的測(cè)定及去除率的計(jì)算在燒杯中加入預(yù)先測(cè)定濃度C1的苯酚溶液x升,然后取m克的膨脹石墨放置于燒杯中,進(jìn)行一段時(shí)間的吸附或者降解實(shí)驗(yàn),用濾紙將膨脹石墨濾去,測(cè)定濾出的苯酚溶液的濃度C2,按照下式計(jì)算苯酚去除量:m去除量=(C1－C2)x/ m去除率用下式計(jì)算:去除率=(C1－C2)/C1100%第三章 EG、TiO2/EG的制備與表征 實(shí)驗(yàn)部分 不同制備因素對(duì)膨脹體積的影響膨脹石墨的膨脹體積，在一定膨化溫度條件下與石墨層間化合物的制備方法有關(guān)。化學(xué)氧化法制備石墨層間化合物時(shí)，常用正交實(shí)驗(yàn)的方法，改變各種反應(yīng)物的量，反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)溫度，就可以得到不同膨脹體積的膨脹石墨。本實(shí)驗(yàn)采用80目鱗片石墨作為原料，濃硝酸和高錳酸鉀作為氧化劑，濃磷酸作為插層劑，采用五因素四水平的正交實(shí)驗(yàn)研究不同工藝參數(shù)對(duì)膨脹體積的影響。 因素與水平 水平因素ABCDE濃硝酸用量（mL）高錳酸鉀用量（g）插層反應(yīng)溫度（℃）插層反應(yīng)時(shí)間（min）微波膨脹時(shí)間（s）1303012024540140356050160467560180 不同負(fù)載方法對(duì)膨脹體積的影響按鱗片石墨：HNO3：H3PO4：KMnO4質(zhì)量比=1：：：，比較其膨脹體積。 結(jié)果與討論 不同制備因素對(duì)膨脹體積的影響因?yàn)門(mén)iO2溶膠粘度大，浸入可膨脹石墨層間后可能使可膨脹石墨的膨脹倍數(shù)降低，所以在用氧化劑和插層劑制備可膨脹石墨時(shí)應(yīng)盡量選擇未負(fù)載條件下膨脹體積大的工藝條件。另外磷酸的用量取能浸沒(méi)鱗片石墨混合反應(yīng)物為準(zhǔn)，以實(shí)驗(yàn)裝置計(jì)算，本實(shí)驗(yàn)磷酸用量取5mL，因?yàn)榱姿嶙鳛椴鍖觿?，用量不宜過(guò)多，過(guò)多不僅會(huì)導(dǎo)致體系水分增多，不利于反應(yīng)進(jìn)行，而且會(huì)使膨脹石墨的灰分增加，影響膨脹容積。 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果序號(hào)因素膨脹容積ABCDE13030120245401403605016047560180545501806306016077530140860401209560601401057550120115304018012545301601367540160146603018015645601201663050140 正交實(shí)驗(yàn)分析均值1均值2均值3均值4極差，影響膨脹石墨膨脹體積最重要的因素是高錳酸鉀用量，其次是插層反應(yīng)溫度、硝酸用量、微波膨脹時(shí)間、插層反應(yīng)時(shí)間。 單因素實(shí)驗(yàn) 高錳酸鉀用量對(duì)膨脹體積的影響取膨脹石墨10g，，、分別取編號(hào)4。將反應(yīng)物依次加入到三口燒瓶中，在水浴60℃條件下恒溫?cái)嚢枰恍r(shí)，再抽濾，取濾渣在飽和磷酸氫二鈉溶液中浸泡半小時(shí)，抽濾，將濾渣清洗至中性，放入燒杯，放到烘箱中在70℃條件下烘約8小時(shí)即干。取出立即放入砂鍋中放到微波爐中進(jìn)行膨脹，得到不同高錳酸鉀含量的膨脹石墨，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 高錳酸鉀用量對(duì)膨脹體積的影響，當(dāng)石墨∶高猛酸鉀質(zhì)量比=1∶，膨脹石墨的膨脹體積最大；，膨脹體積會(huì)明顯變小。因?yàn)楦咤i酸鉀作為氧化劑，如果用量太少，碳原子不會(huì)被全部氧化，碳層間的化學(xué)鍵不會(huì)被充分破壞，使得碳層間空間沒(méi)有充分打開(kāi)，插層物無(wú)法全部進(jìn)入碳層間，導(dǎo)致膨脹體積