三維多孔鈦酸鍶微球的制備及其光催化還原Cr(VI)的研究.pdf

1、光催化技術(shù)具有高效，成本低，無(wú)二次污染等優(yōu)勢(shì)，為去除重金屬六價(jià)鉻離子提供了一種可持續(xù)發(fā)展途徑。光催化材料——鈦酸鍶是具有價(jià)格低廉，性質(zhì)穩(wěn)定，是典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。相比于TiO2，SrTiO3的導(dǎo)帶絕對(duì)位置比TiO2約低200 mV，比 TiO2的還原性強(qiáng)，因此 SrTiO3更容易將六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻。但由于SrTiO3的帶隙較寬為3.2 eV，導(dǎo)致其僅在紫外光的照射下才表現(xiàn)出催化活性，使得應(yīng)用成本大幅度增加?；诖?，本論文通過(guò)構(gòu)建三維有序

2、的多孔結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)光的吸收，同時(shí)通多鑭摻雜來(lái)提高SrTiO3可見(jiàn)光的利用率。
　　利用含有 SrCO3顆粒的瓊脂糖凝膠為模板，通過(guò)溶膠-凝膠的方法制備出了三維多孔SrTiO3微球。SrTiO3微球的直徑約17μm，表面具有兩種孔徑，大孔和介孔。大孔直徑約為70-150 nm，源于碳酸鍶的去除；介孔直徑約為3 nm，歸屬于瓊脂糖凝膠纖維的去除。通過(guò)TEM表征分析，發(fā)現(xiàn)SrTiO3微球是由直徑約為100 nm的鈦酸鍶立方形單晶自組裝而成

3、，這種高度交聯(lián)的多孔結(jié)構(gòu)使得鈦酸鍶能夠快速地傳遞質(zhì)子，增強(qiáng)光的吸收以及反應(yīng)物的吸附。在模擬太陽(yáng)光照射，反應(yīng)液pH=2的條件下，STO-12樣品可以在2h內(nèi)100％將六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻。
　　為提高多孔鈦酸鍶的可見(jiàn)光活性，基于以上工作對(duì)其進(jìn)行了鑭摻雜的研究。利用含有 SrCO3和 La2O3顆粒的瓊脂糖凝膠為模板，通過(guò)溶膠-凝膠的方法制備出了多孔La摻雜的SrTiO3(STO-La)微球。通過(guò)增大機(jī)械攪拌速度，最終得到的STO-La

4、微球直徑約為10μm，表面存在大量蠕蟲(chóng)狀的大孔，孔直徑約為100 nm。經(jīng)XPS及XRD分析證明La3+以替代Sr2+的形式摻進(jìn)去鈦酸鍶的晶格中，并在鈦酸鍶的導(dǎo)帶形成雜質(zhì)能級(jí)，從而縮小了帶隙寬度，使得材料可以利用可見(jiàn)光。
　　本實(shí)驗(yàn)通過(guò)改變初始 La2O3的含量來(lái)調(diào)節(jié) La摻雜量，通過(guò)光催化實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)La2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%(STO-La-0.5)時(shí)具有最高的可見(jiàn)光活性。在可見(jiàn)光照射，反應(yīng)液pH=2的條件下，STO-La-