生物模板法制備銅摻雜TiO2空心球光催化劑及其性質的研究.pdf

1、環(huán)境污染和能源短缺問題是國際社會普遍面臨的問題，如何利用太陽能治理環(huán)境污染問題已經(jīng)引起了世界各國的廣泛關注。半導體光催化氧化技術作為一種深度氧化技術具有氧化效率高、反應速度快、綠色環(huán)保、可利用太陽能等優(yōu)點，因而備受矚目。以TiO2為代表的半導體光催化材料更是重要的綠色環(huán)保材料。
　　 世界范圍內，對金屬半導體光催化材料的改性研究已經(jīng)進行了幾十年。研究認為，光催化劑催化性能受到晶型、晶粒大小、焙燒溫度、金屬離子負載量、不同半導體材

2、料復合等因素的影響。其中，光催化材料的微觀形貌也是一個重要的影響因素。材料不同的微觀形貌通過改變表面吸附量、吸附方式、光照路徑等因素來提高光催化性能?？招那蛐凸獯呋瘎┑闹苽溲芯渴窃撗芯糠较虻囊粋€重要分支。傳統(tǒng)的空心球型光催化劑的制備方法是利用各種可犧牲性材料作模板，使金屬半導體微粒吸附在模板的表面，再通過高溫焙燒、溶劑溶解等方式去除模板，稱為模板法。本課題研究中，利用花粉作為生物模板，控制制備了Cu摻雜的TiO2空心微球光催化劑。生物模

3、板法具有形貌多樣化（篩狀、網(wǎng)狀、球形、筒形等）、尺寸?。{米級）、自組裝、生物模板形貌重復性高、制備產(chǎn)物結構性能可預期等特點，以及廉價、豐富、可再生、容易得到、環(huán)境友好等優(yōu)點。
　　 本論文中，應用改進溶膠-凝膠法制備銅摻雜TiO2光催化劑。相比傳統(tǒng)的溶膠-凝膠法，不在反應體系中加入水，水的生成來自醇和酸的酯化作用和鈦酸四正丁酯水合產(chǎn)物-Ti(OR)3(OH)之間縮合脫水兩個途徑。該方法可有效地避免凝膠形成過程中縮合過快，凝膠迅

4、速長大聚團，不能在花粉模板表面較好地覆蓋，球體破裂，成球性差的缺點。水解凝膠過程溫度、pH變化規(guī)律明顯，其中溫度在300min時達到最大值，隨后逐漸降低，這說明反應過程在300min左右達到平衡。
　　 改變醇鈦比、pH、銅離子摻雜量等制備條件，制備了一系列Cu/TiO2空心球光催化劑。研究認為醇鈦比為1∶4∶4、水解pH為3、Cu摻雜量為2wt.％時制備的光催化劑催化性能最好。SEM、XRD、BET等儀器表征表明，空心球光催化

5、劑的平均直徑為20μm，壁厚為0.6μm，呈球形好;半導體材料的晶型隨著焙燒溫度的升高而呈現(xiàn)不同的結果，焙燒溫度為500℃時，以銳鈦礦相為主并伴有一定的金紅石相，表現(xiàn)出混晶效應;比表面積在141.80-172.51 m2/g之間，與微粒型和p-25光催化劑的51.85 m2/g、50 m2/g相比，有明顯的提高，因此有更強的表面吸附能力。
　　 在光催化劑催化降解鹽酸金霉素的過程中，空心球型光催化劑表現(xiàn)出較高地催化活性。反應12

6、0min后，金霉素降解率最高可達99.66％，COD、TOC降解較為完全，降解率均在95％以上。光照反應1h后BOD5/COD＞0.3，明顯改善了水質地可生化性能。降解過程的最佳工藝條件為:催化劑投加量1.2g/L，金霉素初試濃度50mg/L，體系pH=2。當加入H2O2濃度達到300mg/L時，可縮短一半的反應時間。金霉素在光催化過程中，發(fā)生了一系列光氧化和光催化過程，其中間產(chǎn)物包括多種雙環(huán)、三環(huán)化合物，多環(huán)化合物進一步開環(huán)生成醛、醌

7、、烯醇等較小分子化合物，最終生成CO2、 H2O、NH4+等無機物。
　　 光催化劑的良好性能與模板的作用密不可分。花粉在制備空心球型光催化劑的過程中起到了硬模板的作用，其作用過程包括包覆和模板去除兩個過程。花粉參與反應提供吸附活性位，是第一層吸附發(fā)生的必要條件;花粉表面反應活性位的多少也決定了吸附量的多少，可控制空心球的壁厚。包覆好的花粉在高溫下逐漸燃燒去除，留下良好的空心結構。
　　 綜上所述，本課題研究制備了具有較