釔摻雜二氧化鈦纖維的制備及光催化性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)作為一種新興的綠色環(huán)保技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于空氣凈化、廢水處理、消毒殺菌等眾多領(lǐng)域，具有良好的發(fā)展前景。納米二氧化鈦因其具有較高的光化學(xué)活性，良好的生物、化學(xué)惰性以及耐腐蝕性，成為最常用的半導(dǎo)體光催化劑。但TiO2在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著一些問(wèn)題，如納米TiO2的光生電子、空穴復(fù)合過(guò)快導(dǎo)致其光量子效率過(guò)低，不利于光催化活性的提高；TiO2的禁帶寬度較寬，光吸收范圍僅限于紫外光區(qū)域，對(duì)太陽(yáng)能的利用率十分有限等。因此通過(guò)摻雜改性

2、來(lái)提高納米TiO2的光催化活性和可見光利用率已成為光催化研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。此外，光催化劑在反應(yīng)后難以分離回收也限制了其在實(shí)際當(dāng)中的進(jìn)一步應(yīng)用。納米纖維具有優(yōu)異的物理(光、熱、電、磁等)、化學(xué)特性，其較大的比表面積可使催化劑的表面能和光催化活性提高，另外纖維獨(dú)特的形態(tài)使其具有耐流水沖擊負(fù)荷的特點(diǎn)，有利于光催化劑在實(shí)際應(yīng)用中的分離回收。本文采用溶膠凝膠法與靜電紡絲相結(jié)合的技術(shù)制備了一維無(wú)機(jī)TiO2納米纖維，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行Y3+摻雜改性，得到了

3、具有良好可見光催化活性的Y3+摻雜TiO2納米纖維，并對(duì)光催化劑的結(jié)構(gòu)、形貌、光吸收性能以及光催化活性進(jìn)行了研究。
　　以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，乙醇為溶劑，冰乙酸為催化劑采用溶膠-凝膠法制備出TiO2前驅(qū)體溶膠，使其粘度能夠滿足靜電紡絲工藝的要求。以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為聚合物，通過(guò)電紡制得PVP/TiO2和Y3+摻雜PVP/TiO2有機(jī)納米復(fù)合纖維，經(jīng)高溫?zé)崽幚碜罱K得到純TiO2和一系列不同Y3+摻雜濃度的TiO2納米纖維。運(yùn)

4、用差熱-熱重(TG-DSC)、X射線衍射(XRD)、傅立葉變換紅外光譜(FTIR)、掃描電鏡(SEM)、以及紫外-可見漫反射吸收光譜(UV-Vis)等分析手段對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、形貌以及光吸收性能進(jìn)行了系統(tǒng)的表征。分析結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)制得的納米纖維具有規(guī)則的一維結(jié)構(gòu)和較大的長(zhǎng)徑比，表面形貌較好，TiO2納米纖維平均直徑為118±26 nm，Y3+摻雜TiO2納米纖維平均直徑為147±18 nm。TiO2晶粒的尺寸隨著Y3+摻雜量的增加而減小，經(jīng)

5、Y3+摻雜后，TiO2的光吸收范圍出現(xiàn)紅移，對(duì)可見光有了明顯吸收。
　　選用甲基橙為目標(biāo)降解物，以日光燈為光源，對(duì)TiO2和Y3+摻雜TiO2的可見光催化性能進(jìn)行了研究，考察了熱處理溫度以及Y3+摻雜濃度對(duì)光催化性能的影響，并對(duì)光催化劑的重復(fù)使用性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，在本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)熱處理溫度為550℃，Y3+摻雜濃度為1.5％時(shí)光催化劑活性最高，經(jīng)4 h對(duì)甲基橙的降解率可達(dá)90.6％，重復(fù)使用5次以后降解率仍在80％以上。