Pb掺杂尾煤基纳米TiO2的制备及光催化降解PAM废水的研究

作者：邢慧娟; 樊玉萍^*; 马晓敏; 董宪姝; 侯金瑛; 郭嘉奇; 裴伟伟

来源：煤炭科学技术, 2023, 51(06): 257-264.

DOI：10.13199/j.cnki.cst.2022-0136

• 尾煤
• 二氧化钛
• 高比表面积
• 聚丙烯酰胺
• 絮凝剂

聚丙烯酰胺(PAM)作为一种高效絮凝剂被广泛应用于水处理过程，残留PAM解聚生成的丙烯酰胺单体(AM)已被列为ⅡA类致癌物，对其处理迫在眉睫。选用浮选尾煤(TC)为原料，通过碱激发制备出改性尾煤基体，采用水热法将纳米TiO2负载到改性尾煤基体，制备了尾煤基纳米TiO2复合材料(TiO2/TC)和Pb掺杂尾煤基纳米TiO2复合材料(Pb-TiO2/TC)。以PAM为目标污染物分析了TC、改性尾煤基体、TiO2/TC和Pb-TiO2/TC的光催化降解性能，通过XRD、SEM、UV-vis和BET对样品进行表征，结合高效液相色谱-质谱联用技术对降解产物的分析与研究，探究了PAM的降解机理。研究结果表明：TC呈不规则状态，表面较为粗糙；TiO2/TC的表面疏松，孔隙结构明显，细管状TiO2均匀包覆在改性尾煤基体表面；Pb-TiO2/TC的结构更加蓬松，改性尾煤基体负载着更多的细管状TiO2。TiO2/TC的禁带宽度为3.16 eV,Pb2+掺杂使Pb-TiO2/TC的禁带宽度减小到3.08 eV。TiO2的比表面积为286.66 m2/g,TiO2/TC和Pb-TiO2/TC的比表面积分别为360.33 m2/g和358.54 m2/g，较高的比表面积为反应提供更多活性位点，产生的吸附-催化协同效应显著提升光催化效率。TC和改性尾煤基体对PAM的降解效率分别为3.39%和4.68%,TiO2负载后的TiO2/TC和Pb-TiO2/TC对聚丙烯酰胺的降解率提升至38.92%和63.87%，经过5次循环使用后TiO2/TC和Pb-TiO2/TC的光催化性能基本保持不变。PAM的降解过程中大分子PAM断链变成小分子量PAM分子，进一步氧化分解为NO3-、丙烯酸、乙酰胺和乙酸等。

• 单位
  太原理工大学