工业催化和表征分析论文.doc

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TiO2/SiO2 复合光催化剂制备及其表征 轻工化工学院 应用化学09(2) 3109002225 许志锋 背景介绍:在半导体光催化剂中,TiO2 具有无毒无害、化学及热稳定性好、光催化活性高等优点, 也存在成本高、吸附能力差、可见光响应能力差等缺点。采用贵金属沉积 、SiO2复合 、金属离子掺杂 等可以提高TiO2的光催化活性 其中SiO2在提高吸附能力、降低成本、抑制晶相转变【1】等方面效果明显。利用SiO2 对 TiO2 进行改性的研究较多, 如以钛酸丁酯为钛源、正硅酸乙酯为硅源合成TiO2/SiO2复合物 但钛的有机原料昂贵。 以硫酸钛等钛的无机物作原料制备光催化剂, 不仅光催化活性强, 而且价格低廉。研究表明, 液相水解法具有成本低廉、设备简单、操作方便、反应条件温和等优点, 逐渐成为业内颇为接受的一种光催化剂制备方法。 制备方法: 原料: 浓硫酸 浓盐酸 硫酸钛 四氯化钛 硅酸钠 氨水, 甲基橙, 以上试剂均为分析纯。 Ti O2/SiO2 复合光催化剂制备 称取一定量硫酸钛(或四氯化钛), 加入蒸馏水溶解 按一定摩尔比将所配溶液加入到聚硅酸 中, 搅拌5 min , 即得聚合硅酸硫酸钛。向一定量蒸馏水中加入300 mg/L 聚合硅酸硫酸钛, 调节溶液pH值至6以120 r/min的转速2 min搅拌.再以30 r/min 的转速搅拌5 min , 进行水解反应,然后静置 吸去上清液 对底部水解产物抽滤 烘干, 在一定温度下煅烧2 h , 经细磨即制得TiO2/SiO2复合光催化剂。【4】 表征分析: 结构和性能表征 采用NaVa400Nano扫描电镜测定复合光催化剂颗粒形貌和尺寸, 采用 D/MAX- ШAX 射线衍射仪分析复合光催化剂的晶相转变, 采用比表面和孔隙分析仪测定复合光催化剂的比表面积和孔径分布, 采用 U V-2550 型紫外可见分光光度计测定甲基橙溶液的吸光度。 结果与讨论 选择钛源 分别以Ti(SO4 )2和TiCl4作钛源 不同钛源对所制TiO2/SiO2复合物光催化活性的影响如 图1所示。由图1中可看出Ti Cl 4钛源所制光催化剂的光催化活性远低于Ti(SO4 )2钛源所制光催化剂相应值, 这可能是反应体系中引入硫酸根离子的缘故。SO4与TiO2 表面形成双齿配位结构, 由于诱导效应, 使得 Ti 的正电性增强, 有利于TiO2导带上的光生电子向表面迁移,从而提高光量子效率 ; 此外, 硫酸根离子的引入能增大光催化剂粉体的比表面积, 而比表面积的增大能增加污染物与光催化剂的接触点位, 从而提高光催化剂的催化活性 。因此本研究确定选择作钛源Ti(SO4 )2。 Ti /Si摩尔比 以Ti(SO4 )2作钛源Ti/Si摩尔比对所制TiO2/SiO2复合物光催化活性的影响如图2所 示。从图2 中可看出, n (Ti ) : n (Si ) 为12 : 1时, TiO2/SiO2复合物光催化活性最高,n (Ti ) :n (Si )从12 : 1 增大至18 : 1 时, TiO2/SiO2复合物光催化活性呈先降后升趋势。综合成本考虑,取钛与硅的摩尔比为12 : 1 。 水解p H值 以Ti(SO4 )2作钛源,n (Ti ): n (Si )=12 : 1 ,水解反应p H值对TiO 2/Si O2复合物光催化活性的影响如图3所示.从图3中可看出 甲基橙脱色率随水解反应pH值呈先升高后急剧下降趋势,pH 值为6时复合光催化剂甲基橙的脱色率高达78 .5 %. 这是由于Ti(SO4 )2水解反应为 从反应式中可看出:增大水解反应pH值, 有利于反应向右进行,并且煅烧温度一定时,水解反应pH值越低,生成的弱光催化活性金红石相TiO2含量越高.因此,当水解反应pH 值小于6时, 甲基橙脱色率逐渐升高。但当p H 值过高时,则有部分钛离子溶解于上清液, 导致 TiO 2/Si O2光催化剂中的钛含量降低, 甲基橙脱色率急剧下降。所以控制水解反应p H 值为6 , 可使复合光催化剂以更多的锐钛矿相存在, 从而获得更高的光催化活性。 复合光催化剂表征 Ti O2 SiO 2复合光催化剂颗粒形貌 Ti O2 SiO2复合光催化剂颗粒形貌照片如图5所示。 从图5 中可看出, 剂颗粒间分散均匀 无大范围团聚现象 为纳米级球状颗粒, 晶粒粒径在几十纳米左右。 Ti O2 SiO 2复合光催化剂的晶相转变 不同煅烧温度下TiO 2/Si O2复合光催化剂XRD图谱

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