TiO2-PANI系列光催化劑的制備及催化活性研究.pdf

1、納米二氧化鈦光催化劑因其催化活性高、氧化能力強(qiáng)、性質(zhì)穩(wěn)定、耐酸堿、無毒無害等特性而受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。
　　在眾多研究中，TiO2主要以懸浮和附著兩種形式出現(xiàn):懸浮體系中的TiO2難以回收，不能重復(fù)利用而造成成本高昂;附著體系中因降低了比表面積，影響了催化效率。附著體系的載體分為塊體材料和粉體材料，TiO2的負(fù)載有兩種形式，即在塊體材料上負(fù)載和粉體材料上負(fù)載，塊體材料有玻璃、陶瓷、金屬及礦石類物質(zhì)等，粉體材料因比表面積較小而

2、更具優(yōu)勢，但仍無法解決回收的問題。
　　以磁性鐵氧體為磁核制備的TiO2磁載催化劑既可以在外加磁場下回收利用，又可保持粉末態(tài)的高分散性。然而，將TiO2直接負(fù)載于鐵氧體磁核表面，將導(dǎo)致不同半導(dǎo)體間異質(zhì)結(jié)點(diǎn)上電子反應(yīng)的發(fā)生，且存在著光催化過程中磁核溶解和TiO2活性下降的問題。導(dǎo)電高分子材料聚苯胺(PANI)具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性、獨(dú)特的摻雜機(jī)理、結(jié)構(gòu)多樣化、電磁參量可調(diào)等獨(dú)特理化性質(zhì)，且與納米無機(jī)磁性粒子結(jié)合，不但同時(shí)具有導(dǎo)電性和磁

3、性，而且還集納米材料和聚合物的優(yōu)點(diǎn)于一身:導(dǎo)電聚合物將無機(jī)納米粒子包覆，不僅可防止納米粒子由于極高的表面活性而團(tuán)聚，同時(shí)還能保持良好的電磁功能。本文以聚苯胺為惰性隔離層制備了復(fù)合磁載催化劑TiO2/PANI/Fe3O4，并以其為光敏劑改性TiO2，提高可見光催化活性。
　　首先，制備了磁載催化劑TiO2/PANI/Fe3O4，并考察了光催化活和磁回收性能。并用XRD、TEM、FT-IR、VSM和激光粒度儀對其進(jìn)行了物相組成、形貌特

4、征、表面性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)及粒徑等表征。其次，利用聚苯胺的光敏活性對TiO2進(jìn)行光敏化改性，制備了TiO2/PANI，研究了可見光催化活性，并用激光粒度儀、UV-Vis和FT-IR表征了粒徑、光吸收性能和表面性質(zhì)。本文的主要研究結(jié)論如下:
　　1.制備TiO2/PANI/Fe3O4磁載光催化劑:首先，驗(yàn)證和比較90℃和170℃低溫水熱法制備純TiO2的催化活性，從而確定制備TiO2的反應(yīng)條件。結(jié)果表明，低溫水熱法制備的TiO2具有銳鈦

5、礦和金紅石的混晶結(jié)構(gòu)，且在170℃用低溫水熱法制備的TiO2(T170)因銳鈦礦含量高，表面羥基多而具有高于90℃所制備的TiO2(T90)和德固賽P25的催化活性。其次，在納米Fe3O4粒子表面原位氧化聚合ANI單體合成聚苯胺磁性微球PANI/Fe3O4，以PANI/Fe3O4為磁核，170℃低溫水熱法制備了復(fù)合磁載光催化劑TiO2/PANI/Fe3O4。①催化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)n(TiO2)∶n(PANI)∶n(Fe3O4)=76∶6

6、∶1時(shí)，TiO2/PANI/Fe3O4具有較理想的催化活性，對苯酚、Cr(Ⅵ)、染料亞甲基藍(lán)和羅丹明B均有良好的降解效果，且反應(yīng)呈偽一級反應(yīng)動力學(xué)。②對TiO2/PANI/Fe3O4的相關(guān)性質(zhì)表征結(jié)果表明，PANI是以非晶態(tài)形式包裹在Fe3O4粒子表面，且對Fe3O4的磁性屏蔽很小，同時(shí)TiO2也能牢固地包裹在PANI/Fe3O4表面。在電鏡下，樣品顆粒分布均勻，分散性良好，PANI的包覆降低了Fe3O4粒子的團(tuán)聚。③磁回收及使用壽命實(shí)

7、驗(yàn)表明，TiO2/PANI/Fe3O4具有良好的磁回收性能，磁回收率為92.03％，使用5次和10次的催化活性和磁性并無明顯下降。
　　2.制備TiO2/PANI可見光催化劑:TiO2在鹽酸的均勻分散體系中，原位氧化聚合ANI制備了由質(zhì)子酸摻雜的PANI光敏化改性的TiO2，即可見光催化劑TiO2/PANI，并研究了可見光催化活性及光吸收性能和表面性質(zhì)。①催化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)m(TiO2)∶m(ANI)=2∶1時(shí)，TP對苯酚和Cr

8、(Ⅵ)、染料羅丹明B和亞甲基藍(lán)都有良好的可見光降解效率，且反應(yīng)呈偽一級反應(yīng)動力學(xué)。不同m(TiO2)∶m(ANI)的TiO2/PANI的紫外光催化活性都低于純TiO2，且隨著m(TiO2)∶m(ANI)值的不斷增大，TiO2/PANI在紫外光下的催化活性不斷降低，在可見光下的催化活性先增大后減小，當(dāng)m(TiO2)∶m(ANI)為2∶1時(shí)TiO2/PANI在可見光下的催化活性最大。②從UV-Vis表征結(jié)果表明，與純TiO2相比，在紫外光區(qū)

9、，即390nm以下，TiO2/PANI的光吸收性質(zhì)與純TiO2的變化趨勢相近，但在400-800nm之間TiO2/PANI的吸收遠(yuǎn)高于純TiO2，表明TiO2/PANI對可見光的吸收能力較強(qiáng)，能在可見光下表現(xiàn)出催化活性。③通過FT-IR分析表明，經(jīng)PANI表面修飾之后納米TiO2的某些峰發(fā)生了偏移或被掩蓋，但催化劑表面依然保留著大量活性羥基自由基，表明具有較高的催化氧化降解能力，除此之外，與本征態(tài)相比，由質(zhì)子酸摻雜的PANI的特征峰向低