二氧化钛膜光催化氧化苯酚动力学规律

二氧化钛膜光催化氧化苯酚的动力学规律对大多数有机物分子而言，光催化反应以表面作用为主。有机物在催化剂表面被氧化要经过扩散、吸 附、表面反应以及脱附等步骤。对采用二氧化钛(TiO 2) 膜的固定相光催化反应，扩散过程可能成为速度控制步骤。在通过控制流速消除了扩散的影响后，如果反应物的吸附和产物的解吸都进行得非常快，则多相 光催化的总反应速度只由表面反应所决定。反应速度 r 为：r=k 9 a 9 oh 式中 k- 表面反应速度常数9 a-有机物分子A在Ti02表面的覆盖度9曲-TiO 2表面的 OH覆盖度在一个具体的恒定的体系中，9 OH可以认为不变，假定产物吸附很弱，则9 A可由Langmuir公式求得，式(1) 可最终变为1/r=1/kK a 1/Ca 1/k式中Ka-A在TiO2表面的吸附平衡常数CA-A 的浓度上式即为Langmuir Hinshelwood 动力学方程，表明1/r与1/Ca之间服从直线关系。分析(2)式可知： 当A的浓度很低时，KCa侧灯/TiQ舉图7 光僵代矿牝起蜡濯度时的一馥反应动力韋表5光催化矿化起始浓度7.40mg/L时的一级反应动力学方程及参数处理方式一级反应动力学方程rk1 (min -1)10.5 (min)黑光灯/TiO 2 膜ln/TOC )0/TOC=0.0468+0.0055t0.99270.0055126杀菌灯/TiO 2 膜ln/TOC )0/TOC=0.0209+0.0194t0.99780.019435.7可见，杀菌灯光催化矿化 7.40 mg/L苯酚水溶液时的一级反应速率常数值是黑光灯光催化矿化时的3.5倍。另外，由表3与表5可见，杀菌灯/TiO2膜处理方式下，酚消失反应的表观一级反应速率常数是酚矿化 反应的表观一级反应速率常数值的1.5倍，表明酚的矿化反应滞后于酚的消失反应，即在反应过程中有中间产物生成，中间产物再进一步降解为CQ。3结论 TiQ 2膜光催化氧化苯酚水溶液的动力学可以用Langmuir Hinshelwood动力学方程描述，但 L-H方程只是表面反应的必要条件，并不充分。 苯酚水溶液在黑光灯/TiO 2膜处理方式下的降解规律与L-H方程揭示动力学变化过程相吻合。在实验起始浓度范围相同的情况下，杀菌灯光催化并没有表现岀黑光灯光催化时相同的动力学变化规律，主要 原因是此时短波紫外光的光解作用对纯粹的光催化氧化反应的干扰。 TiO 2膜光催化矿化苯酚水溶液的过程服从一级反应动力学方程。酚的矿化反应滞后于酚的消失反 应。 随苯酚起始浓度的增大，苯酚光催化氧化的表观一级反应速率常数减小，半衰期延长。同样反应条件下，杀菌灯光催化氧化苯酚水溶液与杀菌灯光催化矿化苯酚水溶液的表观一级反应速率常数（或起始降解速率）均远大于黑光灯作光源时的对应值。