Fe3+、Zn2+、Sn4+摻雜TiO2中空纖維的模板法合成及其光催化性能.pdf

1、TiO2光催化劑在污水和空氣凈化方面的應用得到越來越多的重視。但由于其能帶較寬(3.2 eV),只能被波長小于380 nm的紫外光激發(fā)。而上述波段的光能量只占太陽光中能量的3-5％左右。加之納米TiO2粉體作為光催化劑存在著回收難、不易二次利用等問題。因此為了更有效地利用太陽光中的可見光能量,開發(fā)對可見光響應的、高性能、易回收的TiO2光催化劑顯得十分必要。 為此,本實驗采用天然棉花纖維為模板,對TiO2進行金屬離子摻雜修飾,制

2、備出了一系列金屬離子摻雜的、具有中空纖維結(jié)構(gòu)的半導體納米光催化材料。本論文主要由以下三個方面組成:
　　1.采用棉花纖維為模板,成功地合成了Fe3+摻雜的Fe3+/TiO2中空納米纖維光催化材料。以亞甲基藍(MB)的脫色降解為模型反應,考察了Fe3+摻雜量、煅燒溫度、煅燒時間、催化劑用量對其催化性能的影響。結(jié)果表明,用模板法制備的Fe3+/TiO2中空纖維結(jié)構(gòu)材料的表面有大量納米微粒(平均尺寸約12 nm)存在;Fe3+可能均勻分

3、散于銳鈦礦結(jié)構(gòu)TiO2中,部分取代Ti4+的晶格位置,既拓寬了TiO2的光譜響應范圍,又形成了TiO2晶體結(jié)構(gòu)的缺陷,使其表面荷負電荷。在太陽光條件下,該纖維結(jié)構(gòu)材料較純TiO2對MB溶液具有更好的光催化脫色降解效果,且Fe3+的摻入量顯著影響該纖維材料的催化性能;當Fe3+摻雜量為0.15%,在500 oC煅燒2 h所得中空纖維材料的催化性能最好,2 h即可使MB溶液的脫色降解率達93%;重復使用5次仍可使MB溶液的脫色降解率保持在9

4、0%以上,且該催化劑材料易于離心分離去除。因此,以該模板合成法,通過Fe3+的摻雜有望使TiO2成為一種無能耗、高活性的綠色環(huán)保型催化材料。
　　2.采用棉花纖維為模板,成功地合成了Zn2+/TiO2中空納米纖維光催化材料。以亞甲基藍(MB)的脫色降解為模型反應,考察了Zn2+摻雜量、煅燒溫度、煅燒時間、催化劑用量和濃度對其光催化性能的影響。實驗結(jié)果表明:較低量的Zn2+摻雜能夠明顯抑制TiO2由銳鈦礦相向金紅石相的轉(zhuǎn)變;Zeta

5、電位值的大小不是影響樣品光催化性能的主要原因。最佳催化反應條件為,Zn2+摻雜量為0.7%,催化劑煅燒溫度600 oC,煅燒時間為2 h,催化劑用量為40 mg,濃度為m(Zn2+:TiO2)=0.0055 g:0.2348 g。在最佳反應條件下,太陽光下光照5 h,MB降解率可達到100%。
　　3.采用棉花纖維為模板,成功地合成了Sn4+/TiO2中空納米纖維光催化材料。以亞甲基藍(MB)的脫色降解為模型反應,考察了Sn4+摻

6、雜量、煅燒溫度、煅燒時間和催化劑用量對其催化性能的影響。XRD表明:在較低的摻雜量下,Sn4+摻雜對TiO2的相轉(zhuǎn)變溫度影響不大。UV-Vis光譜表明:Sn4+/TiO2中空納米纖維樣品較純TiO2中空納米纖維在200-800 nm紫外-可見光范圍內(nèi)具有更強的吸收,且其起始吸收帶邊發(fā)生了一定的紅移。用模板法制備的Sn4+/TiO2中空纖維光催化劑對MB具有很好的光催化效果。最佳反應條件為, Sn4+摻雜量為0.3%,催化劑煅燒溫度600