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納米二氧化鈦/硅藻土復(fù)合材料光催化性能

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2020-10-26  瀏覽次數(shù):1
核心提示:納米二氧化鈦/硅藻土復(fù)合材料光催化性能進(jìn)入新世紀(jì),低碳、節(jié)能、環(huán)保等問題成為人們的關(guān)注焦點(diǎn)。環(huán)境污染隨經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展越來
 納米二氧化鈦/硅藻土復(fù)合材料光催化性能

 

進(jìn)入新世紀(jì),低碳、節(jié)能、環(huán)保等問題成為人們的關(guān)注焦點(diǎn)。環(huán)境污染隨經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展越來越嚴(yán)重, 人們在力圖尋找各種方式方法治理或減輕環(huán)境污染。 納米二氧化鈦用作光催化劑具有光催化效率高、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn),目前已廣泛應(yīng)用于各種廢水、廢氣光催化處理中。由于 TiO2 粒徑小,光催化反應(yīng)后容易流失,所以近年來研究者們對 TiO2 的固定化做了大量工作。礦物材料作為 TiO2 復(fù)合光催化劑的載體已有大量的研究,如蒙脫石 、凹凸棒石,  沸石等作為基體材料。

硅藻土一般是由統(tǒng)稱為硅藻的單細(xì)胞藻類死亡以后的硅酸鹽遺骸形成的,是含水的非晶質(zhì) SiO2。硅藻土具有孔隙度大、吸附性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨、耐熱等特點(diǎn),因此常被用于廢水、廢氣處理領(lǐng)域。

以納米二氧化鈦和硅藻土為原材料,在水介質(zhì)的機(jī)械研磨體系中,采用機(jī)械力活化法制備成負(fù)載型 TiO2/ 硅藻土復(fù)合光催化材料,進(jìn)而研究不同光照時(shí)間下復(fù)合材料對甲基橙溶液的降解,通過測定其光催化降解率評價(jià)復(fù)合材料的光催化性能。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果對于降低 TiO2 作為光催化劑的使用成本,提高 TiO2 光催化劑的催化效果和應(yīng)用范圍具有重要意義。

1  實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料及儀器 實(shí)驗(yàn)原材料及試劑:硅藻土,40~60 目,納米 TiO2,20-50nm,化學(xué)試劑甲基橙,C14H14N3NaO3S,分子 量 327.35;三乙醇胺, 分析純。 主要儀器:GSDM-S 型超細(xì)攪拌磨;HXSEI 光化 學(xué)反應(yīng)儀;TGL-16C 離心機(jī)。

 

1.2 TiO2/ 硅藻土復(fù)合光催化劑的制備 實(shí)驗(yàn)采用 超細(xì)攪拌磨,磨機(jī)的操作參數(shù)為轉(zhuǎn)速 1000 r/min;磨介球采用3種直徑,其比例為 Ф3mm∶Ф2mm∶ Ф1mm=5∶3∶2,球料比 3∶1。按硅藻土與納米 TiO2不同配比,加入納米 TiO2 , 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1 % 的三乙醇胺作為分散劑,在超細(xì)攪拌磨上混合研磨 80 min,即制得 TiO2/ 硅藻土復(fù)合光催化材料 1#、2#、3#、4#、5#、6# 樣品 (1#:硅藻土;2#:80 %硅藻土- 20 % TiO2;3#:60 %硅藻 土- 40 % TiO2;4#:40 %硅藻土- 60 % TiO2;5#:20 %硅 藻土 - 80 % TiO2;6#:TiO2)。

 

1.3 光催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn) 以甲基橙作為目標(biāo)降解物進(jìn)行光催化活性測定。取 300 mL 甲基橙溶液(15 mg/L) 和 1 g 復(fù)合材料混合后倒入光催化反應(yīng)儀中;將懸浮液置于暗處強(qiáng)力磁力攪拌 30 min;待吸附平衡后,用 300 W 高壓汞燈照射懸浮液不同時(shí)間;取樣進(jìn)行兩次離心(10000 r/min,10 min/ 次),吸取一定量的上清液; 利用分光光度儀測量上清液在 λ=462.5 nm 處的吸光度;根據(jù)光照前后吸光度(或濃度)的變化,按下式計(jì)算甲基橙溶液的降解率。 D=(A0-A)/A0×100%= (C0-C)/C0×100% 其中,D 為降解率,%;A0、A 為起始甲基橙溶液和光 照一定時(shí)間后的吸光度,Abs;C0、C 為溶液初始濃度與光照后的濃度,mg/L。

2  結(jié)果與討論

2.1 TiO2/ 硅藻土復(fù)合光催化材料的 XRD 分析采用 X 射線衍射儀對 TiO2/ 硅藻土復(fù)合光催化材料 1#、 2#、3#、4#、5#、6# 樣品進(jìn)行了表征,可知,硅藻土的物相為美蛋白石 (Cacholong),TiO2 的物相為銳鈦礦(Anatase)。從硅藻土的 X- 射線衍射圖可看出,在 2θ 為 21.8。、39.1。 等處出現(xiàn)硅藻土的 SiO2 特征衍射峰;而在 TiO2/ 硅藻土復(fù)合材料的樣品中,在 2θ 為 25.4。、37.05。、47.8。、 53.2。、57.7。等處出現(xiàn)銳鈦礦型 TiO2 特征衍射峰,而且隨著 TiO2 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,TiO2 衍射峰逐漸增強(qiáng),而硅藻土衍射峰逐漸減弱,這說明硅藻土的表面大部分被 TiO2 所覆蓋。

2.2 TiO2/ 硅藻土復(fù)合光催化材料的 SEM 圖采用掃描電鏡觀察了 1#、2#、3#、4#、5# 樣品的表面形貌,可看出,硅藻土具有孔道結(jié)構(gòu),其孔徑約為 150 nm;硅藻土具有良好的吸附性是由其孔道結(jié)構(gòu)決定的。納米 TiO2 粒子附著在硅藻土的表面并填充孔隙,納米 TiO2 顆粒多以團(tuán)聚態(tài)存在。

可看出,80 % TiO2 粒子與硅藻土復(fù)合時(shí),由于負(fù)載量較大,TiO2 粒子將硅藻土包裹其中,同時(shí)大量的 TiO2 粒子團(tuán)聚,這與 XRD 衍射圖中硅藻土的 SiO2 特征衍射峰減弱相對應(yīng)。

2.3 不同光催化劑對甲基橙溶液的光催化效果 TiO2/ 硅藻土復(fù)合光催化材料 1#、2#、3#、4#、5#、6# 樣品在 300 W 高壓汞燈照射 20 min、40 min、60 min、80 min、 100 min 的光催化降解結(jié)果.

可以看出,硅藻土對甲基橙基本沒有光催化效果,在 100 min 的光照時(shí)間內(nèi)降解率基本沒有; 其它各樣品的光催化降解率隨光照時(shí)間的增加而增加;而且復(fù)合光催化劑的光催化降解率隨 TiO2 含量的增加而增加。5# 樣品即 20 % 硅藻土 - 80 % TiO2 的甲基橙降解率在光照時(shí)間為 60 min 時(shí)即達(dá)到 90 %, 與純納米 TiO2 的效果基本相同,因此有望作為純 TiO2 的替代品用于光催化降解應(yīng)用中。

 

結(jié)論:

1. 以納米 TiO2 和硅藻土為原料,采用機(jī)械力活化方法制備了 TiO2/ 硅藻土復(fù)合光催化劑。

2. 在各復(fù)合材料樣品中,隨著 TiO2 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,TiO2 衍射峰逐漸增強(qiáng),硅藻土衍射峰逐漸減弱, 硅藻土的表面大部分被 TiO2 所覆蓋。

3. 硅藻土對甲基橙基本沒有光催化效果,復(fù)合光催化劑的光催化降解率隨 TiO2 含量的增加而增加, 60 min 后,樣品 20 % 硅藻土 - 80 % TiO2 的光催化降解率和 TiO2 的降解率相同,因此有望作為純 TiO2 的替代品用于光催化應(yīng)用中。

宣城晶瑞新材料有限公司是生產(chǎn)納米二氧化鈦的廠家,提供納米二氧化鈦系列粉體及分散液,粒徑可控制在5-100nm范圍,比表面積可提供10-100m2/g系列產(chǎn)品。5nm二氧化鈦產(chǎn)品JR05具有自分散,高催化活性,易使用的特點(diǎn)。

 

 
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