付　丹

(遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧錦州，121001)

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科研與開發(fā)

納米TiO2光催化劑制備工藝條件研究

付丹

(遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧錦州，121001)

摘要

關(guān)鍵詞：TiO2溶膠-凝膠法光催化

自1972年Fujishima和Honda[1]發(fā)現(xiàn)在光電池中光輻射TiO2可持續(xù)發(fā)生水的氧化還原反應(yīng)以來，世界各國研究人員對納米TiO2光催化材料開展了廣泛研究。納米TiO2因其廉價、無毒、性質(zhì)穩(wěn)定并可以重復(fù)使用，在環(huán)境污染物治理領(lǐng)域有著明顯優(yōu)勢，被稱為“環(huán)境友好材料”，其可將各種廢水中的有機污染物完全礦化為水和二氧化碳等無害物質(zhì)[2]。本文采用溶膠-凝膠法制備納米TiO2粉體，以羅丹明B為測試對象，通過對羅丹明B的降解效果尋求最佳制備納米TiO2的工藝條件。

1實驗試劑及儀器

1.1試劑

鈦酸四丁酯、羅丹明B、無水乙醇、異丙醇、正丁醇、鹽酸、硝酸、醋酸、氨水，均為分析純。

1.2儀器

DHG-9076A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海圣新科學(xué)儀器有限公司；ZD-85空氣浴振蕩器，常州澳華儀器有限公司；7230G可見分光光度計，上海京工實業(yè)有限公司；TDL-5臺式離心機，上海安亭科學(xué)儀器廠；KSW-416馬弗爐，天津中環(huán)實驗電爐有限公司；79-1磁力加熱攪拌器，江蘇江陰科研器械廠；254nm，30W紫外燈，上海匯城電子儀器總廠。

2實驗方法

2.1溶膠-凝膠(Sol-Gel)法制備納米TiO2

將一定量鈦酸四丁酯加入到盛有某溶劑的燒杯中，得溶液A，不斷攪拌。在另外燒杯中加入去離子水和催化劑，得溶液B(通過調(diào)節(jié)催化劑的量可得出不同pH值的B溶液)。在不斷攪拌下將溶液B緩慢滴入溶液A中，繼續(xù)攪拌得到均勻透明的溶膠，不斷攪拌至凝膠，靜止陳化數(shù)日，于100℃下烘干。將所得產(chǎn)品于馬弗爐中500℃熱處理2h，于瑪瑙研缽中研磨后制得納米TiO2粉體。

2.2TiO2光催化降解性能測定

以羅丹明B為降解對象，將0.1g樣品置于250mL濃度為5mg/L的羅丹明B溶液中，暗態(tài)攪拌10分鐘以保證粉體與溶液充分接觸。將體系置于30w 254nm紫外燈下，保證燈與液面的距離為12cm。于25℃，150r/min條件下磁力攪拌，每1小時取樣10mL，離心分離后，采用7230G型可見分光光度計在最大吸收波長554nm處測定羅丹明B溶液的吸光度，根據(jù)式(1)計算降解率?？疾熘苽浼{米二氧化鈦時不同溶劑、催化劑、pH值及陳化時間對TiO2粉體光催化降解性能的影響。

(1)

式中：η——降解率(%)；

A0——羅丹明B溶液的初始吸光度的值；

A——降解過程中羅丹明B溶液的吸光度值。

2.3產(chǎn)品性能表征

采用日本理學(xué)公司生產(chǎn)的D/MAX-RC型X射線衍射儀對制備的TiO2晶型進行表征。

3結(jié)果與討論

3.1溶劑的影響

分別以無水乙醇、異丙醇、正丁醇為溶劑，以冰醋酸為催化劑，制得納米TiO2粉體。對羅丹明B溶液的降解效果如圖1所示?？梢?，以無水乙醇為溶劑時，納米TiO2粉體光催化降解性能最佳。這可能是由于異丙醇、正丁醇的分子量均比乙醇大，鈦酸四丁酯會與其發(fā)生螯合作用，抑制了鈦酸四丁酯的水解反應(yīng)。同時螯合作用也會導(dǎo)致粒子的團聚，煅燒后粒子的粒徑也隨之增加，故光催化活性降低。

3.2催化劑的影響

以無水乙醇為溶劑，考察催化劑為鹽酸、硝酸、冰醋酸及氨水時，所制得納米TiO2粉體對羅丹明B溶液的降解效果。由圖2可知，催化劑為醋酸時，羅丹明B溶液的降解率最高，鹽酸次之，然后是硝酸，氨水降解效果最差。這可能是由于醋酸不僅作為反應(yīng)催化劑，同時又起螯合作用，在煅燒過程中，醋酸會緩慢揮發(fā)分解，便于形成小顆粒納米TiO2。而鹽酸和硝酸做催化劑時，因這兩種酸低溫條件下就會揮發(fā)，所以煅燒后，顆粒尺寸較大，光催化降解效果隨之減小。而以堿性氨水為催化劑時，納米TiO2顆粒會團聚或為無定型結(jié)構(gòu)，故降解效果很差。

3.3溶液pH值的影響

考察了溶液pH值在2,3,4,5,6,7,8時，二氧化鈦對羅丹明B溶液的光催化降解性能。由圖3可見，酸性制備條件所得二氧化鈦粉體對羅丹明B的降解率明顯高于堿性條件，尤其在pH值=2.0時，對羅丹明B溶液的降解效果最佳。這主要是由于溶液pH值對溶膠形成過程有一定影響。pH值較小時，較易形成穩(wěn)定的Ti4+，凝膠形成時間長，其中鈦含量也高，制得樣品粒徑也較小，故表現(xiàn)出較好的光催化性能。而pH值較大時，溶液中的TiO2+會以TiO(OH)2沉淀形式析出，不利于溶膠的形成[3]。因此，制備納米TiO2粉體時選擇pH值在2～3較好。

3.4陳化時間的影響

圖4給出了溶膠陳化0.5、1、2、3、4、5天時，所得納米TiO2粉體對羅丹明B的降解效果?？梢?，陳化時間為1天時降解性能最好。這主要是由于增加陳化時間有利于凝膠形成，并使得晶粒變得更加均勻。陳化時間短，晶粒形成不完全。陳化時間過長，會使晶粒長大，故陳化時間過長或過短均會使光催化性能下降。

3.5XRD分析

圖5為乙醇為溶劑，冰醋酸為催化劑，pH值為2.5，陳化1天，500℃煅燒2h條件下制得樣品粉體的XRD圖譜?？芍?，實驗制備的納米TiO2粉體多為銳鈦礦型，同時也有金紅石型出現(xiàn)。

4結(jié)論

本文所述溶膠-凝膠法制備納米二氧化鈦的最佳工藝條件為：溶劑為無水乙醇、催化劑為醋酸，溶液pH值為2～3，陳化時間為1天。經(jīng)500℃煅燒2小時后所得納米TiO2粉體多為銳鈦礦型，同時有少量金紅石相出現(xiàn)。

參考文獻

[1] Fujishima A，Honda K．Electrochemical photocatalysis of water at a semiconductor electrode[J].Nature,1972(238)：37-38.

[2] 李靜玲,陳友根,陳禮洪．納米TiO2光催化劑在制藥廢水中的應(yīng)用前景[M]．福建工程學(xué)院學(xué)報,2003,1(1)：93-97.

[3] 劉偉娜,王麗華,陳杰.溶膠-凝膠法制備納米二氧化鈦[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009,28:187-189.

The Research on the Preparation Process of Nanometer Titanium Oxide Photocatalytic

FuDan

(LiaoNingPetrolchemicalVocationalandTechnologyCollege,Jinzhou121001，Liaoning，China)

Key words:titanium oxide；sol-gel method；photocatalytic

Abstract:Nano TiO2photocatalytic was prepared by sol-gel method with butyl-titanate as the raw material. The optimum conditions were determined by degradating Rhodamine B. The results show that ethanol was solvent, acetic acid was catalyst, pH=2～3, aging time was 1 days. The nano TiO2was characterized as anatase by XRD test.

以鈦酸丁酯為主要原料，采用溶膠-凝膠法制備納米TiO2粉體。以羅丹明B為降解對象，確定制備條件。結(jié)果表明：以乙醇為溶劑、醋酸為催化劑、pH值=2～3、陳化時間為1天。通過XRD檢測，可知所制得納米TiO2多為銳鈦礦型。