介孔SiO2复合材料的制备及其光催化性能.pdf

河北科技师范学院学报 第28卷第2期，2014年6月 JournalofHebeiNormalUniversityofScience TechnologyVo1．28No．2Jun．2014 DOI：10．3969／J．ISSN．1672-7983．2014．02．004 NiO／介孔 SiO2复合材料的制备及其光催化性能 梁力曼 ，牛 奎，耿 浩，田宏燕，张建平，赵 莹 (河北科技师范学院化学工程学院，河北 秦皇岛，066600) 摘要：将 N-十六烷基乙二胺三 乙酸同时用作螯合剂与结构导向剂，经 由以阴离子模板法制备介孔 SiO： (AMS)的路径一步法制得了一系列NiO／介孔SiO 复合体。借助XRD，HRTEM和N一吸附脱附对该复合材料 的形貌和结构进行了表征。以甲基橙溶液模拟偶氮染料废水，在紫外光照条件下将所制备的介孔复合材料、 市售P25和以E02oPO70EO2o(P123)为模板合成的介孔 rio2分别进行光催化氧化性能的测试，以脱色率为指 标考察了光催化剂的催化活性中心类型、数 目以及催化剂的比表面积等因素对甲基橙光降解效率的影响。结果 表明：所制备NiO／介孔SiO：复合材料对甲基橙的降解能力优于市售P25，并且该催化剂具有良好的可再生性。 关键词：介孔复合体 ；结构导向剂；紫外光降解；甲基橙 ；可再生性 中图分类号：0643．36 文献标志码：A 文章编号：1672-7983(2014)02-0021-06 纯硅基介孔材料具有稳定的骨架结构、均一的孑L径和较高的比表面积，但该系材料骨架网络中的缺 陷少、离子交换能力小，限制了它们在催化和吸附分离等方面的应用。目前，相关领域学者已通过化学 修饰等手段将无机纳米粒子、生物大分子以及功能有机分子等客体活性中心固载至主体介孔SiO 孔道 中，分别组装成为复合光触媒、生物传感器以及药物缓释系统等新型主一客体材料，极大地拓展了硅基介 孔材料的应用 卜引。 尺寸小于20nm的金属及金属化合物等纳米粒子能够表现出纳米材料的小尺寸效应和量子尺寸效 应，因而在催化、光、电、磁等领域都有着广阔的应用前景 4【J。为了严格控制这些纳米颗粒的尺寸，通 常依靠引人主体介孑L骨架，利用其孔道的限域作用来有效地减弱孔道内粒子之间的相互作用，达到控制 纳米团簇生长的目的。当前制备该类型复合材料的方法往往是将金属盐或有机金属化合物直接加入到 合成介孔SiO 的溶胶一凝胶体系中，其缺陷在于所引入的客体前驱体更多地渗入到主体骨架的内部，如 此不仅使骨架的水热稳定性大幅降低，并且导致包埋在基体中的客体活性中心无法得到充分利用 】。 笔者借助螯合性表面活性剂N一十六烷基乙二胺三乙酸(HED3A)作为合成介孔 SiO：的软模板，在基体 骨架的构建过程中将 Ni¨同步引入孔腔，煅烧后实现了纳米 NiO在SiO：孔道中的定向植人。实验以甲 基橙为降解对象，通过与市售 P25和以三嵌段聚醚类高分子为模板合成的介孔TiO：进行对比，考察 NiO／介孔SiO复合材料的光催化性能，并探讨其光降解效率与自身结构特性之间的关系。 1 材料与方法 1．1 仪器与试剂 1．1．1 仪器 TU一1901型紫外 可·见光谱仪 (uV—Vis，配套积分球，北京普析通用仪器公司生产)、Broker D8型X一射线衍射仪 (XRD，德国布鲁克AXS公司生产)、JEM-2100型高分辨率透射电镜 (HRTEM，配套 能量色散x射线光谱仪 (EDS)，日本电子株式会社生产)、ASAP-2020型全 自动物理化学吸附仪(美国 麦克公司生产)。 1．1．2 试剂 六水合硝酸镍(Ni(NO) ·6H：O)、正硅酸四乙酯 (TEOS)、甲基橙、无水乙醇、NaOH和 盐酸均购 自国药化学试剂有限公司；3-氨丙基三甲氧基硅烷 (APS)购 自AcrosOrganics；EO2oPO70EO加 (P123)购 自Aldrich；异丙醇钛 (Trip)购 自BASF；TiO2(P25，比表面积 80m2·g～，粒径 10—20nm) 基金项 目：河北省高等学校科学技术研究项 目(项 目编号：QN2O131023)；秦皇岛市科技支撑计划项 目(项 目编号： 2012021A128；2012021A129)。 ·通讯作者，女，讲师，硕士。主要研究方向：应用化学。E-mail：liangliman0314@163．eom。 收稿 日期：2014-05．12；修改稿收到 日期：201