二氧化鈦柱撐蒙脫土復(fù)合光觸媒劑的制備及其光催化亞甲基藍(lán)的研究.pdf

1、我國(guó)水資源短缺，印染廢水處理已發(fā)展成為一個(gè)相當(dāng)嚴(yán)峻的問題。鑒于此，如何有效、快速的解決這個(gè)問題已成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。近年來，研究表明光催化降解技術(shù)對(duì)處理印染廢水表現(xiàn)了較高的降解效率。TiO2因其安全、無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)成本低廉、光催化活性高等優(yōu)點(diǎn)在光催化降解廢水中有機(jī)染料方面具有很大的發(fā)展空間，然而由于TiO2存在著易流失、可見光下光吸收少的缺陷，限制了其應(yīng)用發(fā)展，而蒙脫土具有較大的比表面積，較高的陽離子交換能力和較強(qiáng)的吸附能力

2、。因此，將兩者復(fù)合是提升TiO2光催化降解效率新的途徑。
　　本文利用TiO2對(duì)亞甲基藍(lán)溶液較高的光催化降解性能以及蒙脫土較大的比表面積和吸附性能的特點(diǎn)，在無水乙醇溶劑中采用溶膠-凝膠法制備了TiO2柱撐蒙脫土復(fù)合光觸媒劑（TiO2-MMT）；通過引入N、S摻雜、石墨烯摻雜改性分別制備出了N、S共摻雜TiO2柱撐蒙脫土復(fù)合光觸媒劑（N/S-TiO2-MMT）和石墨烯摻雜TiO2柱撐蒙脫土復(fù)合光觸媒劑（C-TiO2-MMT）。同時(shí)，

3、對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)進(jìn)行表征，并研究了其對(duì)亞甲基藍(lán)溶液模擬印染廢水光催化性能。主要研究?jī)?nèi)容歸納如下：
　　一、以鈦酸丁酯作為鈦源，采用無水乙醇為溶劑，在酸性的條件下通過溶膠-凝膠法合成了TiO2-MMT復(fù)合光觸媒劑，其制備的最佳工藝條件：蒙脫土懸浮液濃度為1％、鈦土比為15mmol/g、焙燒溫度500℃、焙燒時(shí)間2h。此外，探討了亞甲基藍(lán)溶液濃度、溶液pH值、溶液溫度、光觸媒劑投加量不同等因素對(duì)吸附性能的影響以及吸附機(jī)理。研究表

4、明光觸媒劑對(duì)亞甲基藍(lán)具有明顯的吸附性能，在可見光下，當(dāng)亞甲基藍(lán)溶液濃度為15mmol/L，溶液pH值為9，溶液溫度為25℃，光觸媒劑投加量為1.5g/L時(shí)光催化降解率可達(dá)到84.4%，且亞甲基藍(lán)吸附體系符合準(zhǔn)二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，TiO2-MMT復(fù)合光觸媒劑吸附性能明顯高于TiO2。
　　二、采用溶膠-凝膠法，以鈦酸丁酯作為鈦源，無水乙醇為溶劑，在酸性條件下引入 N、S元素制備了 N/S-TiO2-MMT復(fù)合光觸媒劑，其最佳工藝條件

5、：n(N):n(S):n(Ti)=3:1:4；焙燒溫度500℃；焙燒時(shí)間2h。考察了對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附作用，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下光催化降解率可達(dá)到89.0%，實(shí)驗(yàn)表明N、S元素的摻雜進(jìn)一步提高了光催化活性。
　　三、采用相同的實(shí)驗(yàn)方法，以石墨烯為摻雜劑，制備了C-TiO2-MMT復(fù)合光觸媒劑，其最佳工藝條件：石墨烯摻雜量2%；焙燒溫度500℃；焙燒時(shí)間2h?？疾炝藢?duì)亞甲基藍(lán)的吸附性能，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下光催化降解率可達(dá)到94.2%，實(shí)

6、驗(yàn)表明石墨烯的摻雜顯著提高了光催化活性。
　　四、考察了TiO2-MMT、N/S-TiO2-MMT和C-TiO2-MMT復(fù)合光觸媒劑分別在不同光源下的光催化降解效果。結(jié)果表明，在紫外光下，三種光觸媒劑對(duì)亞甲基藍(lán)的色度去除率分別為90%、92.1%、96%，略高于可見光下的色度去除率84.4%、89%、94.2%。N、S，石墨烯的摻雜進(jìn)一步提升了TiO2對(duì)光的吸收能力。
　　本文采用X-射線衍射（XRD）、紅外光譜（FT-IR

7、）、紫外光譜（UV）、掃描電子顯微鏡（SEM）、熱重（TG）、孔徑分布分析（BET）、X-射線光電子能譜分析（XPS）等測(cè)試方法對(duì)光觸媒劑的結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征，研究了影響光觸媒劑光催化性能的相關(guān)條件及合成參數(shù)，探討了其光催化機(jī)理。實(shí)驗(yàn)研究表明， TiO2成功柱撐在MMT層間，蒙脫土原樣、TiO2-MMT、N/S-TiO2-MMT、C-TiO2-MMT復(fù)合光觸媒劑的比表面積依次增大，印證了前面的光催化降解結(jié)論。對(duì)本文所制備的光