卤化银改性纳米二氧化钛光催化剂及其固定化的研究

【摘要】：二氧化钛(TiO_2)作为一种重要的的宽带隙氧化物半导体材料,广泛应用于环境治理、光电转换、消毒抗菌、光催化等多个领域。然而,现在环境治理中常用的光催化材料的可见光的吸收效率低、粉体回收困难等原因都限制了TiO_2在实际工程中的应用。因此,如何提高TiO_2的催化活性特别是在可见光的催化效率以及解决TiO_2循环使用难题对于TiO_2的工程化应用具有十分重要的意义。本文主要从TiO_2高活性材料的制备、复合及其固定化等三个方面着手,并且系统的研究了不同形貌的TiO_2的光催化性能,主要包括以下几个方面:(1)以钛酸四丁酯为钛源,分别以P123、PVP、F127以及壳聚糖-CTAB为模板剂,采用水热法在高温高压下反应制备了介孔纳米TiO_2(M-TiO_2)光催化材料。并对其进行了XRD、SEM、TEM、紫外-可见光谱以及BET等表征,结果发现:采用F127为模板制备的介孔纳米TiO_2光催化剂无论是从各种表征的数据还是最终光催化测试的结果来看都是最出色的,其比表面积达到了241.86 m~2/g,孔径分布集中在3.788 nm。在紫外光照射60 min下对罗丹明B(RhB)的降解率达到了60.1%。(2)以浓碱液为溶剂对TiO_2前驱体进行处理后于150℃下水热反应,制备具有纳米片形貌的TiO_2(TiO_2-NSs)光催化材料。并对其进行了XRD、TEM和紫外吸收光谱等测试,结果发现当NaOH浓度为10M,且焙烧温度为400℃的时候所制备出来的TiO_2纳米片光催化剂的光催化活性最强,在可见光照射120 min后对RhB的降解率为7.5%,与P25相比,提高了近一倍。(3)在前述研究的基础上,以优选出的M-TiO_2和TiO_2-NSs光催材料为基础,采用浸渍法分别以AgBr和AgCl进行复合制备出Ag/AgX/TiO_2型的复合光催化材料。并对其进行了XRD、紫外可见光吸收、HRTEM以及XPS等测试,结果发现AgBr和AgCl均能够较为均匀的分散在两种不同形貌的光催化材料的表面,其中Ag/AgBr/TiO_2-NSs(30%)的性能最优,在可见光照射下60 min对RhB的降解率达到了50.1%,与复合之前的M-TiO_2和TiO_2-NSs光催材料相比,催化效率提高了15倍以上。(4)固定化的目的是为了克服粉体光催化材料难以回收和二次污染的问题。本文分别以PVP-PVA和海藻酸钠为载体将前述可见光催化性能与成本最为均衡的Ag/AgBr/TiO_2-NSs(20%)复合光催化材料进行了固定化,制备了负载量为4%、8%、12%的海藻酸钠(SA)系列整体型光催化剂和PVP-PVA(PP)系列整体型光催化剂材料,并对其进行了SEM、FT-IR以及BET等测试,结果发现粉末状的复合光催化材料均匀地分散在SA或者PP的载体中。并且光催化活性测试表明SA系列比PP系列的光催化活性强约4倍。在可见光条件下,负载量为12%的SA12-Ag/AgBr/TiO_2-NSs光照120 min的RhB降解率达到了51.6%。并且在5次重复实验后依然保持原有活性的96%以上,稳定性良好。为TiO_2光催化材料的工程应用奠定了基础。