超強(qiáng)酸化及表面金屬Ag摻雜二氧化鈦的制備及光催化性能的研究.pdf

1、TiO<,2>作為一種高禁帶寬度的半導(dǎo)體材料，具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒且成本低的優(yōu)點，是優(yōu)良的光催化材料。但TiO<,2>較低的光量子效率和較慢的反應(yīng)速率使其光催化活性不高，需要對其進(jìn)行表面改性，如摻雜離子、光敏化等，以進(jìn)一步提高其光催化活性，擴(kuò)展其在環(huán)境治理等領(lǐng)域的應(yīng)用。 本研究以工業(yè)TioSO<,4>溶液為原料，通過鈦液熱水解得到多孔、一高比表面積的偏鈦酸。以偏鈦酸為載體，分別用一步法和光催化還原法制備出高活性的介孔SO<,4

2、><'2->/TiO<,2>和Ag/TiO<,2>光催化劑。用低溫氮吸附一脫附等溫線、XRD、XPS、紫外．可見(UV-Vis)漫反射光譜、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)、Hammett指示劑、艾氏卡等方法對催化劑進(jìn)行了表征，以亞甲基藍(lán)的光催化氧化降解反應(yīng)考察了銳鈦礦型TiO<,2>的兩種改性催化劑的光催化性能。 研究結(jié)果表明： (1)通過直接洗滌、焙燒偏鈦酸一步制備SO<,4><'2->/TiO<,2>催化劑，不僅簡

3、化了以往先制備多孔TiO<,2>載體，再負(fù)載硫酸兩步走的工藝，而且原料易得，成本低廉。 (2)由于在焙燒過程中硫酸根和偏鈦酸孔壁上的自由羥基鍵合，不僅有效抑制了TiO<,2>晶粒的長大及晶相轉(zhuǎn)變，使TiO<,2>保持了介孔結(jié)構(gòu)、較高的比表面積和銳鈦礦晶型；而且鍵合硫酸根中S=O的強(qiáng)電子誘導(dǎo)效應(yīng)使鄰近的Ti成為超強(qiáng)酸中心，促進(jìn)了TiO<,2>光生電子一空穴對的分離，延長了電子-空穴對的壽命，提高了催化劑的光催化活性。 (3

4、)在500℃焙燒2h，SO<,4><'2->負(fù)載量為3.7％時，SO<,4><'2->/TiO<,2>催化劑具有穩(wěn)定的介孔結(jié)構(gòu)，比表面積高達(dá)217.5 m<'2>·g<'-1>，表面酸性H<,0>強(qiáng)于-14.52，應(yīng)用在亞甲基藍(lán)光催化氧化反應(yīng)中顯示出良好的光催化活性，遠(yuǎn)優(yōu)于P25型TiO<,2>。 (4)利用光催化還原法完成載體表面Ag+離子的還原，優(yōu)于一般的浸漬法、水熱法和碳酸銀沉淀法。用光催化還原法制備Ag/TiO<,2>催

5、化劑，當(dāng)Ag：TiO<,2>為0.08：1.0(質(zhì)量比)，制備反應(yīng)液pH值為2，焙燒溫度為400℃時，能得到顆粒均勻、比表面積大、Ag分散性好的Ag/TiO<,2>光催化劑，其光催化性能高于純TiO<,2>。 (5)Ag/TiO<,2>光催化性能的提高主要在于引入Ag作為耗盡層，提高了ZiO<,2>的電荷分離能力。同時，摻雜Ag后，TiO<,2>表面對-OH和水的吸附增強(qiáng)，提高了TiO<,2>表面參與光催化氧化反應(yīng)的羥基自由基-