光催化剂

什么是光催化?•概括说来，就是光触媒在外界可见光的作用下发生催化作用。•光催化一般是多种相态之间的催化反应。•光触媒在光照条件（可以是不同波长的光照）下所起到催化作用的化学反应，统称为光反应。光合作用也可以看作光催化光催化技术的优点•水中所含多种有机污染物可被完全降解为水和二氧化碳等，变为无害物•不需要另外的电子受体•合适的光催化剂具有廉价、无毒、稳定及可重复利用的优点•可以利用太阳能作为光源激发光催化剂•结构简单，操作容易控制，氧化能力强，无二次污染光催化技术应用领域几种常用的光触媒二氧化钛(TiO2)氧化锌(ZnO)氧化锡(SnO2)二氧化锆(ZrO2)硫化镉(CdS)等多种氧化物硫化物半导体液相水解法制备TiO2/SiO2光催化剂及其性能研究主要内容研究目的与意义TiO2/SiO2光催化剂的制备工艺流程TiO2/SiO2光催化剂活性的影响因素TiO2/SiO2光催化剂的物性测试分析结论研究目的与意义目前，以TiO2半导体为基础的光催化技术存在以下问题：活性比较低难以分离制备成本较高研究目的采用制备工艺简单的液相水解法，利用成本低廉的无机钛源掺杂硅制备出具有较大比表面积、较好的热稳定性、对有机污染物有较好吸附性能和光催化活性的TiO2/SiO2复合光催化剂。TiO2/SiO2光催化剂的制备工艺流程Ti(SO4)2聚硅硫酸钛干燥煅烧纳米TiO2/SiO2水解水解产物调节pH静置聚硅酸TiO2/SiO2光催化剂活性的影响因素钛源钛硅比PTSS水解pH值煅烧温度调pH选用的碱种类煅烧时间絮凝剂投加量2.钛源对光催化剂活性的影响当钛源为硫酸钛时效果最佳1.钛硅比对光催化剂活性的影响当钛硅比为12:1时效果最佳图1.钛硅摩尔比对光催化剂活性的影响图2.钛源对光催化活性的影响甲基橙脱色率%6:19:112:115:118:10102030405060708090100钛硅摩尔比n(TiO2)/n(SiO2)9:112:115:130405060708090Ti(SO4)2为钛源TiCl4为钛源甲基橙降解率/%钛硅摩尔比（n(TiO2)/n(SiO2)）3.pH值对光催化剂活性的影响3456780102030405060708090100甲基橙脱色率%pH值图3.PTSS水解pH值对光催化剂活性的影响当pH值为6时效果最佳4.PTSS水解调pH值时选用碱的种类对光催化剂活性的影响氨水氢氧化钠乙酸钠尿素硫脲020406080100甲基橙脱色率%图4.PTSS水解调pH值时选用碱的种类对光催化剂活性的影响当氨水调pH时效果最佳6.煅烧时间对光催化剂活性的影响0.51.01.52.02.5828486889092949698100甲基橙脱色率%煅烧时间h图6.煅烧时间对光催化活性的影响当煅烧时间为1.5h时效果最佳5.煅烧温度对光催化剂活性的影响550600650700750020406080100甲基橙脱色率%煅烧温度℃图5.煅烧温度对光催化活性的影响当煅烧温度为650℃时效果最佳7.不同PTSS投加量对光催化活性的影响0.00.20.40.60.81.01.280859095100甲基橙脱色率%PTSS投加量g/L图7.不同PTSS投加量对光催化活性的影响当投加量为0.7g/L时效果最佳综上所述：钛硅摩尔比n(TiO2)/n(SiO2)=12：1钛源：硫酸钛PTSS絮凝调pH值选用碱：氨水水解过程pH值：6煅烧温度：650℃煅烧时间：1.5hPTSS投加量（以Ti4+计）：0.7g/L制备TiO2/SiO2光催化剂的适宜条件是：TiO2/SiO2光催化剂的物性测试分析红外光谱(FTIR)X射线衍射(XRD)扫描电镜(SEM)紫外可见扫描图谱(UV)N2吸附-脱附(BET)1.不同煅烧温度制备光催化剂的XRD分析010203040506070相对强度500℃600℃650℃700℃800℃2θ/(℃)AAAAAAAARAAAARAAAAARAaA:锐钛矿TiO2R:金红石TiO2010203040506070相对强度2θ/(℃)500℃600℃650℃700℃800℃AAAAAAAAARRRRRRRARRRRRbA：锐钛矿R：金红石图1.钛硅摩尔比为n(TiO2)/n(SiO2)(12/1)(a)和TiO2(b)在不同煅烧温度下的XRD图光催化剂中起主要作用的是锐钛矿晶型随着煅烧温度升高，TiO2由无定形锐钛矿金红石SiO2能够抑制TiO2由锐钛矿相向金红石相转变2.钛硅摩尔比n(TiO2)/n(SiO2)的FTIR分析图2.650℃下煅烧的纯TiO2和不同钛硅摩尔比（n(TiO2)/n(SiO2）的FTIR光谱4000350030002500200015001000500波数/cm-1a:Tib:Ti/Si(6/1)c;Ti/Si(9/1)d;Ti/Si(12/1)e;Ti/Si(15/1)Si—O—Si的非对称伸缩振动吸收峰Si—O—Ti的振动吸收峰3.钛硅摩尔比n(TiO2)/n(SiO2)的SEM分析(a)TiO2(b)n(TiO2)/n(SiO2)(12/1)图3.650℃下煅烧的纯TiO2和n(TiO2)/n(SiO2)(12/1)的SEM照片均是纳米级球形小颗粒SiO2能阻止TiO2团聚，使其颗粒变小4.N2吸附-脱附分析CatalystSurfacearea(m2/g)Porevolume(cm3/g)Poresize(nm)TiO271.8240.278216.01TiO2/SiO2(12/1)124.280.333913.93表1650℃下煅烧的纳米TiO2/SiO2的比表面积、孔径和孔容表征介孔（中孔）0204060801001201400.0000.0050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.00.20.40.60.81.0050100150200250VolumeAdsorbed/STP(cc/g)RelativePressure(Ps/Po)d(Vp)/d(Dp)/(ml/g*nm)孔径(nm)a0204060801001201400.0000.0050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0400.00.20.40.60.81.0050100150200VolumeAdsorbed/STP(cc/g)RelativePressure(Ps/Po)d(Vp)/d(Dp)/(ml/g*nm)孔径(nm)b图5最佳条件下制备的纳米TiO2/SiO2(12/1)(a)和纯TiO2(b)的孔径分布及N2吸附曲线4.TiO2/SiO2光催化剂的紫外扫描（UV）分析2003004005006000.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0吸光度波长nm25mg/L甲基橙暗30min光照5min光照10min光照15min光照20min光照25min光照30min图4.钛硅摩尔比为n(TiO2)/n(SiO2)(12/1)光催化降解甲基橙前后的紫外-可见扫描图(CH3)2NNNSO3Na发色基团助色基团1.适宜条件下制备的TiO2/SiO2光催化剂经光照30min后对甲基橙降解率可达100%。2.SiO2能阻止TiO2团聚，使其颗粒变小。3.SiO2能够抑制TiO2由锐钛矿相向金红石相转变。结论4.TiO2/SiO2对水中污染物的吸附效果更好，从而光催化活性更高。