石英砂的制备及其光催化性能.pdf

陈勇等:lLa摻朵TiO2/石英砂的制备及其光催化性能
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文章编号:1001-9731(2015)01-01037-04
Ia掺杂TiO2/石英砂的制备及其光催化性能
陈勇,陈超,刘欣伟,陈昌兵,张文通
(后勤工程学院国防建筑规划与环境工程系,重庆401311)
摘要:采用超声强化溶胶-凝胶法,以硝酸镧和钛钛酸丁酯中,缓慢滴加4.1mL冰醋酸(抑制剂),并用
酸丁酯为前驱体,选取石英砂作为载体,制备了Ia掺浓盐酸1.0mL调节pH值为2.0,磁力搅拌30min,超
杂TiO2/石英砂复合光催化材料,通过XRD、DSC-TG声20min,得到A液;将15.5mL无水乙醇和3.5ml
和SEM等测试手段对复合材料的结构和理化性质进蒸馏水混合,加入一定量的硝酸镧,待充分溶解后得到
行了表征分析,并选取TNT废液作为目标污染物,考B溶液。将B溶液逐滴滴加到A溶液中,磁力搅拌
察复合了光催化材料的光催化性能。结果表明,在紫30min,超声20min,得到淡黄色的La-TiO2溶胶
外光照射下,适量的辋掺杂能够提高Ti()/石英砂的将预处理好的石英砂(称取10g),加入已制备好的
光催化活性,当掺杂量为1.5%(摩尔分数),焙烧温La-TiO2溶胶中,磁力搅拌30min,超声20min,于自
度为4100℃时,复合材料的光催化性能最住佳。
然条件下陈化4h,置于100℃下恒温干燥箱中真空
关键词:超强溶胶凝胶法;改性;复合材料;光催化燥2h,待样品冷却后,置于马弗炉中400℃恒温焙烧
中图分类号:X506
文献标识码:A2h,得到x%La-TiO2/石英砂光催化材料(其中x%
DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2015.01.007
表示La掺杂的摩尔分数)。
2.2复合光催化材料的表征
1引言
采用日本岛津XRD-6100型X射线衍射仪(日本
TiO2光催化材料作为一种环境友好型材料,因其岛津公司)测试了复合材料的晶体结构;采用SDT
稳定性好、无二次污染、氧化活性强、对人体无害等特Q600型DSC-TG热分析仪(美国TA仪器公司)测试
性受到广泛重视3。大量研究表明2,通过元素掺了催化剂在热处理过程中质量与热效应的变化关系;
杂和载体固化等方法,既可提高TiO2光催化活性,又采用S-530型扫描电子显微镜(日立公司)观察了纳米
解决了反应后滤料回收问题:石英砂作为滤料广泛用TiO2负载在石英砂上的表而形貌
于水处理技术,具有较大机槭强度、吸附性能强,比表2.3光催化降解实验
而积大、再生容易等特点而常被用作催化剂的载
光催化降解实验在SGY-1型多功能光化学反应
体
仪(南京斯东柯电气设备有限公司)中进行:配置初始
本文采用超声强化溶胶-凝胶法,制备了La掺杂浓度为50mg/L的TNT标准溶液500mL,称取1.0g
TiO2/石英砂复合光催化剂,通过热分析(DSC-TG)
光催化剂置于其中,经超声分散10min后,加入光化
射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等测试手学反应器底部,采用氧气作载气,流速控制为100mL/
段,分析了复合材料的微观结构。以TNT为目标
min,打开磁力搅拌开关,使催化剂处于悬浮状态,然后
染物,考察了焙烧温度、负载次数及不同掺镧量等因素通入循环冷却水控制反应温度,开启高压汞灯
对复合材料光催化活性的影响
(500W),并预热15min;反应过程中每隔20min时
间収一次样,经离心分离5min后,取上层清液,使用
实验
UV759型紫外可见分光光度计(上海圣科仪器有限
2.1La-TiO2/石英砂复合光催化材料的制备
公司)测定离心液中TNT的剩余浓度(测量波长为
2.1.1石英砂的预处理
420nm)。
用去离子水反复冲洗石英砂(粒径为100目),去
结果与讨论
除表层的杂质,依次用稀盐酸、氢氧化钠和无水乙崞浸
泡2h,再用去离子水反复冲洗至pH值=7,置于恒温3.1La-TiO2/石英砂复合光催化材料的表征
下燥中100℃下烘下
3.1.1XRD分析
2.1.2复合光催化材料的制备
实验测得Ti(),、石英砂、TiO2/石英砂和1.5%La
常温下,将35.5mL无水乙醇缓慢加入24.0 ml TIO2/石英砂的XRD谱图,如图1所示
基金项目:重庆市自然科学基金资助项目(2008BB7139
收到初稿日期:2014-08-08
收到修改稿日期:2014-11-15
通讯作者:陈勇,C-mail:cydoc(tsohu.com
作者简介:陈勇(1965-),男,四川通江人,教授,从事环境材料研究
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2015年第1期(46)卷
层间内部残留的吸附水挥发,导致质量减小;在420℃
1.5%La-TiO2l石英砂
附近出现了一个放热峰,这可能是由于TiO)2由无定
型向锐钛矿转变所致,晶型转变过程中会伴随的热量
TiO2/石英砂
释放;随着温度的上升,没有明显出现TiO2从锐钛矿
到金红石相的转变峰,这说明复合物具有较好的稳定
石英秒
性。La掺杂后,复合材料的相变放热峰出现在490℃
附近,这说明La的掺杂能够较好的抑制相变,提高了
复合材料的热稳定性?。
图1样品的XRD图
3.1.3SEM分析
Fig I XRD patterns of samples
1.5%Ia-Ti(O)2/石英砂的SEM照片如图3所示。
从图1可以看出,在2=25.3°处,TiO2、TiO2/石
英砂和1.5%La-TiO)2/石英砂的衍射谱图都显示出锐
钛矿TiO2的特征衍射峰,表明生成的TiO2都为锐钛
矿型,且已成功负载到石英砂上。与纯TiO2的衍射
图谱相比,复合材料中的TiO2的锐钛矿相的峰变弱
边宽,表明负载后的TiO2结晶度降低,晶粒尺寸变
小;掺杂La后,复合材料行射谱图中Ti(2锐钛矿相
的峰相比未掺杂的复合材料变弱变宽,原因可能是La
离子进人TiO2品格中,使粒子间的(O和Ti离子的重
200 un
(a)
排和传递受阻,抑制了TiO2粒子生长,使晶粒细
化6。此外,图中未发现La对应的金属氧化物衍射
峰,可能是La掺杂量较少或是以非晶态氧化物形式存
在TiO)2粒子中。
3.1.2DSC-TG分析
实验测得T()2/石英砂和1.5%La-TiO2/石英砂
的DSC-TG曲线如图2(a)和(b)所示。
90
5
图3样品的SEM图
80
Fig 3 SEM images of samples
图3(a)和(b)为负载掺杂后的光催化复合材料表
面的照片,其中,图3(a)为复合材料表面的整体形貌
特征,图3(b)为复合材料局部的形貌特征。结合两张
100200300400500600700800
Temperature,T℃
照片可以发现,负载在石英砂上的TiO2附着紧密均
(a)TiOx石英砂
100
匀,粘结性良好,呈细块薄膜状分布。
3.2La掺杂TiO2/石英砂复合光催化材料的光催化
?90
性能
DSC
●)
3.2.1焙烧温度