高嶺石基金屬摻雜納米TiO-,2-光催化材料的制備及應(yīng)用研究.pdf

1、在諸多半導(dǎo)體光催化材料中，由于TiO2具有化學(xué)穩(wěn)定性好、光催化效率高，成本低、無毒等優(yōu)點。天然非金屬礦物是理想的TiO2載體，采用特定技術(shù)可以使TiO2固定在礦物表面，形成納米晶體膜。礦物基納米TiO2光催化材料具有光催化性能穩(wěn)定持久、可反復(fù)利用等優(yōu)異特性，在環(huán)境工程、綠色生態(tài)建材領(lǐng)域顯示廣闊的應(yīng)用前景。 本文以高嶺石為載體，用溶膠-凝膠法制備高嶺石基納米TiO2光催化材料。重點研究了金屬離子摻雜和金屬氧化物直接熱合摻雜兩種方式

2、修飾改性高嶺石基納米TiO2。用于摻雜改性的金屬離子有：Fe3+、Sn4+、Zn2+；用于直接熱合的金屬氧化物有：Fe2O3、ZnO、V2O5。 對高嶺石基納米TiO2光催化劑進行表征，分析高嶺石表面、界面特性。分別用XRD、Raman、IR、TEM、AFM、XPS等手段進行表征。TiO2的平均粒徑為1-10nm。從選區(qū)電子衍射圖片和AFM圖象看出TiO2結(jié)晶完整、有序度高。高嶺石表面大面積覆蓋著單層納米TiO2晶體膜。同時也檢

3、測出金屬離子和氧化物在TiO2薄膜中存在的狀態(tài)，從而揭示界面的某些特性及反應(yīng)的可能機理。 為評價高嶺石基納米TiO2光催化劑的光催化活性，以含偶氮染料的云母珠光顏料工業(yè)廢水為研究對象，研究表明，兩種摻雜方式均可提高TiO2的光催化活性，并使得TiO2的光譜響應(yīng)范圍向可見光區(qū)拓展。 研究表明：高嶺石基納米TiO2光催化材料的制備條件為反應(yīng)溫度50℃，反應(yīng)時間3h，干燥溫度70℃，焙燒溫度600℃。 紫外光下，當(dāng)摻雜

4、1.0％Fe3+時，偶氮染料的降解脫色率為97.6％；摻雜1.5％Sn4+降解脫色率為97.2％；研究認(rèn)為摻雜Zn2+的高嶺石基納米TiO2光催化劑，不能提高光催化活性。自然光下，F(xiàn)e3+摻雜TiO2使廢水的降解效果提高了29.10％；Sn4+摻雜使TiO2的降解效果提高了34.04％。Fe3+、Sn4+的摻雜使TiO2的光譜響應(yīng)范圍向可見光區(qū)拓展，有利于增強催化劑對可見光的吸收。 Fe2O3直接熱合摻雜有效地提高了光催化劑的催

5、化活性并拓展了TiO2的光譜響應(yīng)范圍。紫外光下，0.5％Fe2O3直接熱合摻雜的高嶺石基納米TiO2光催化劑對廢水的脫色率為98.8％；太陽光下，0.5％Fe2O3直接熱合摻雜時，廢水脫色率提高了38.9％。ZnO直接熱合摻雜時，隨著摻雜ZnO添加量變化，廢水的脫色率變化呈不穩(wěn)定不規(guī)則性，但是總體上光催化活性均有所提高。研究還認(rèn)為V2O5的直接熱合摻雜不能提高材料的光催化活性。 本文還研究了高嶺石基納米TiO2光催化材料的重復(fù)利