新型TiO2復(fù)合物的制備及其光催化降解亞甲基藍(lán)的性能研究.pdf

1、納米二氧化鈦(TiO2)光催化材料無毒、廉價(jià)易得、穩(wěn)定性好以及光催化活性高，是一種理想的環(huán)境友好型半導(dǎo)體材料，在解決能源危機(jī)和環(huán)境污染方面受到越來越多的關(guān)注。盡管TiO2優(yōu)點(diǎn)諸多，但在實(shí)際應(yīng)用中，仍然存在對(duì)可見光利用率低、光生載流子復(fù)合率高等不足，這極大地限制了TiO2大范圍的實(shí)際應(yīng)用。因此，采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄍ卣筎iO2的光譜吸收范圍以及抑制光生電子和空穴的復(fù)合至關(guān)重要。主要采用固相法，圍繞納米TiO2光催化劑，通過復(fù)合及摻雜兩種改性手段

2、，以三聚氰胺(C3H6N6)、硝酸鉍(Bi(NO3)3·5H2O)、硝酸鑭(LaN3O9·6H2O)、工業(yè)二氧化鈦(TiO2)為原料，制備了Bi4Ti3O12/Bi2O3/TiO2、Bi2O3/g-C3N4/TiO2、La摻雜TiO2/g-C3N4三種具有高效可見光催化活性的納米復(fù)合光催化劑，并采用X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)、紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）、熒光光譜(PL)、透

3、射電子顯微鏡(TEM)和N2吸附脫附分析一系列表征手段對(duì)制備的復(fù)合樣品進(jìn)行了表征。以亞甲基藍(lán)為目標(biāo)污染物，12W LED燈為光源，評(píng)價(jià)樣品的可見光催化性能。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)以Bi(NO3)3·5H2O、工業(yè)TiO2為原料，采用一步固相法煅燒制得具有可見光催化活性的Bi4Ti3O12/Bi2O3/TiO2復(fù)合光催化劑?？疾炝瞬煌珺i(NO3)3·5H2O與TiO2的比例、不同煅燒溫度、不同煅燒時(shí)間對(duì)復(fù)合光催化劑可見光催

4、化降解亞甲基藍(lán)的影響，確定了樣品制備的最佳條件為:TiO2與Bi(NO3)3·5H2O質(zhì)量比為1∶2.5，煅燒溫度為600℃，煅燒時(shí)間為5h。在該條件下制備的Bi4Ti3O12/Bi2O3/TiO2復(fù)合光催化劑在12W LED燈光照180m in后對(duì)亞甲基藍(lán)的降解率達(dá)96.8％，比Bi2O3和純TiO2高出40％、60％左右。通過一系列表征分析，結(jié)果表明Bi4Ti3O12/Bi2O3/TiO2復(fù)合光催化劑中存在銳鈦礦TiO2、α-Bi2

5、O3和鈣鈦礦相Bi4Ti3O12。相對(duì)于TiO2，復(fù)合樣品熒光強(qiáng)度明顯減弱、禁帶寬度減小到2.6 eV，吸收帶邊明顯紅移。復(fù)合物樣品中Bi3Ti4O12、Bi2O3和TiO2之間通過形成異質(zhì)結(jié)，有效抑制了光生載流子的復(fù)合，提高了對(duì)可見光的吸收，增強(qiáng)了可見光催化性能。
　　(2)以C3H6N6、Bi(NO3)3·5H2O、工業(yè)TiO2為原料，采用一步固相法煅燒制得具有可見光催化活性的Bi2O3/g-C3N4/TiO2復(fù)合光催化劑?？?/p>

6、察了不同鉍含量、不同C3H6N6與TiO2的比例、不同煅燒溫度、不同煅燒時(shí)間對(duì)復(fù)合光催化劑可見光催化降解亞甲基藍(lán)的影響，確定了樣品制備的最佳條件為:鉍含量為0.35％，工業(yè)TiO2與C3H6N6質(zhì)量比1∶2.5，煅燒溫度為520℃，時(shí)間5h。在該條件下制備的Bi2O3/g-C3N4/TiO2復(fù)合光催化劑在12W LED燈光照180m in后對(duì)亞甲基藍(lán)的降解率達(dá)98.1％，而TiO2、 g-C3N4和g-C3N4/TiO2光照180m i

7、n后對(duì)亞甲基藍(lán)的降解率分別為19.9％、49.1％和66.1％。通過一系列表征分析，結(jié)果表明Bi2O3/g-C3N4/TiO2復(fù)合光催化劑中存在著g-C3N4、γ-Bi2O3及銳鈦礦TiO2。相對(duì)于TiO2，復(fù)合樣品熒光強(qiáng)度明顯減小、禁帶寬度減小至1.8 eV，吸收帶邊明顯紅移，復(fù)合后的樣品疊加了g-C3N4和Bi2O3的可見光響應(yīng)，使得對(duì)可見光的吸收增強(qiáng)。樣品中呈長條形管狀的γ-Bi2O3和片狀的g-C3N4分散在TiO2顆粒表面，三

8、者之間形成固-固異質(zhì)結(jié)，電子和空穴通過在Bi2O3、g-C3N4和TiO2三者界面間的轉(zhuǎn)移有效延長了光生載流子的壽命，顯著提高了光催化活性。
　　(3)以LaN3O9·6H2O、TiO2和C3H6N6為原料，首先分別通過馬弗爐煅燒制備出不同含量La摻雜TiO2的樣品和g-C3N4，再按一定比例通過甲醇混合La摻雜的TiO2樣品和g-C3N4?？疾炝瞬煌琇a摻雜量、不同g-C3N4與4％La摻雜TiO2（鑭含量占TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

9、4％）的比例對(duì)復(fù)合光催化劑可見光催化降解亞甲基藍(lán)的影響，確定了樣品制備的最佳條件為:La摻雜量為4％、g-C3N4與4％La摻雜TiO2的比例為2∶1。在該條件下制備的La摻雜TiO2/g-C3N4復(fù)合光催化劑在12W LED燈光照180min后對(duì)亞甲基藍(lán)的去除率達(dá)97％，而TiO2、g-C3N4和g-C3N4/TiO2樣品對(duì)亞甲基藍(lán)的去除率分別為19.7％、48.9％、66.4％。通過一系列表征分析，表明大部分的La分布于TiO2晶體