锆掺杂二氧化钛基可见光催化剂的制备及其催化性能
发布时间：2020-12-10 20:26
采用溶胶-凝胶法制备了不同Zr掺杂量的Zr-TiO2催化剂,并通过X射线衍射、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱对其进行表征,探究Zr元素的掺杂比例、催化剂制备的焙烧温度及反应物初始浓度等条件对催化剂在可见光下降解亚甲基蓝性能的影响。结果表明,制备的Zr-TiO2催化剂粒径为纳米级,Zr-TiO2催化剂对亚甲基蓝有明显光催化降解作用,且不同Zr与Ti掺杂比例对亚甲基蓝溶液降解效率影响显著,当Zr元素掺杂量为20%,焙烧温度为550℃时,制备的550℃-20%Zr-TiO2催化剂对20 mg·L-1的亚甲基蓝溶液降解效果最优,降解5 h时降解率为91.8%。并且550℃-20%Zr-TiO2催化剂在可见光下催化降解亚甲基蓝符合一级动力学模型,R2>0.95,拟合直线有较好的拟合度,表明催化剂具有较强的降解能力。
【文章来源】：工业催化. 2020年08期 第42-48页
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同Zr元素掺杂量的TiO2对亚甲基蓝的降解曲线
分别在焙烧温度500 ℃、550 ℃和600 ℃下制得纳米20%Zr-TiO2光催化剂,考察催化剂对初始质量浓度为20 mg·L-1的亚甲基蓝的降解效果,结果如图2所示。从图2可以看出,当反应进行至5 h时,焙烧温度为500 ℃、550 ℃、600 ℃的催化剂,降解率分别为67.6%、87.8%和60.5%。在550 ℃焙烧2 h的光催化活性明显高于其他温度焙烧的催化剂,这说明从500 ℃升高温度至550 ℃,样品的锐钛矿晶型结构开始出现并逐渐趋于完整,催化剂表面生成有较多的活性位点,光生空穴-电子对能够迅速转移到催化剂表面参与反应。当焙烧温度高于或低于此温度时,催化活性有所降低,这有可能是因为焙烧温度会影响锐钛矿相结晶的形成[16-17],故较优的焙烧温度为550 ℃。2.3 亚甲基蓝初始浓度对催化性能的影响
以550 ℃-20%Zr-TiO2为光催化剂,分别加入等量不同初始浓度的亚甲基蓝溶液,考察亚甲基蓝初始浓度对催化性能的影响,结果如图3所示。从图3可以看出,随着亚甲基蓝初始浓度的升高,光催化降解效率降低,随着反应进行,光催化降解趋势变缓。这是因为溶液浓度越高,光源产生的光穿过溶液的能力越弱,光催化剂产生的游离电子和空穴减少,降解效果越差。而光催化通常发生在TiO2表面,反应的溶液浓度越高,产生的中间产物浓度越高,易与亚甲基蓝产生竞争吸附,减少催化剂表面对光的有效利用,因此降解趋势变缓[1,18]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同种类金属掺杂改性TiO2材料光催化性能的研究进展[J]. 李大玉,张文韬,张超. 材料导报. 2019(23)
[2]光沉积法载银二氧化钛的制备和光催化性能研究[J]. 倪婷婷,秦荣荣,韩霞,谢继奎,吴福芳. 科学技术创新. 2019(25)
[3]镧、氮共掺杂TiO2提高污水厂尾水的可生化性[J]. 朱晓霞,郝瑞霞,范蓉锦,王丽沙,刘思远,万京京. 净水技术. 2018(12)
[4]Gd3+离子掺杂二氧化钛的制备及其性能研究[J]. 梁春华,王雷. 怀化学院学报. 2018(11)
[5]TiO2光催化降解花生油中黄曲霉毒素B1及其动力学研究[J]. 徐程鹏,叶盛英,崔晓蕾,张全,梁妍. 食品工业科技. 2018(11)
[6]TiO2光催化剂改性的研究进程[J]. 曾杰生,王瑞彬,何蕾. 化工新型材料. 2018(03)
[7]煅烧温度对铽掺杂纳米二氧化钛及光学性能的影响[J]. 黄凤萍,辛萌,崔梦丽,郭宇煜,丁力. 化学研究与应用. 2017(11)
[8]复合光催化材料对食品色素废水的降解研究[J]. 李宗慧,李道荣,张洋,李盼. 河南工业大学学报(自然科学版). 2014(02)
[9]铒掺杂二氧化钛光催化降解甲胺磷农药的研究[J]. 梁春华. 吉林农业大学学报. 2012(05)
[10]固相合成钛酸钙的光催化性能[J]. 韩冲,杨合,薛向欣. 环境化学. 2010(05)
硕士论文
[1]二氧化钛光催化剂的制备、改性及光催化性能研究[D]. 秦锐.安徽大学 2019
[2]二氧化钛基光催化剂的制备及其光催化性能研究[D]. 黄瑞宇.江西理工大学 2016
[3]Ni-WO3/TiO2-ZrO2催化剂的制备及其催化性能研究[D]. 席慧瑶.东北石油大学 2016
[4]光催化剂二氧化钛的掺杂改性研究[D]. 赵天行.中国科学技术大学 2014
[5]溶胶—凝胶法二氧化钛的制备及其光催化性能的研究[D]. 刘晓波.辽宁大学 2011
[6]固相合成CaTiO3及其光催化性能[D]. 韩冲.东北大学 2010
[7]二氧化钛光催化降解甲基橙过程中Fe3+和F-协同效应的研究[D]. 江雪.华中科技大学 2007
[8]纳米TiO2掺杂改性及光催化活性的研究[D]. 陈其思.重庆大学 2005
本文编号：2909318
【文章来源】：工业催化. 2020年08期 第42-48页
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同Zr元素掺杂量的TiO2对亚甲基蓝的降解曲线
分别在焙烧温度500 ℃、550 ℃和600 ℃下制得纳米20%Zr-TiO2光催化剂,考察催化剂对初始质量浓度为20 mg·L-1的亚甲基蓝的降解效果,结果如图2所示。从图2可以看出,当反应进行至5 h时,焙烧温度为500 ℃、550 ℃、600 ℃的催化剂,降解率分别为67.6%、87.8%和60.5%。在550 ℃焙烧2 h的光催化活性明显高于其他温度焙烧的催化剂,这说明从500 ℃升高温度至550 ℃,样品的锐钛矿晶型结构开始出现并逐渐趋于完整,催化剂表面生成有较多的活性位点,光生空穴-电子对能够迅速转移到催化剂表面参与反应。当焙烧温度高于或低于此温度时,催化活性有所降低,这有可能是因为焙烧温度会影响锐钛矿相结晶的形成[16-17],故较优的焙烧温度为550 ℃。2.3 亚甲基蓝初始浓度对催化性能的影响
以550 ℃-20%Zr-TiO2为光催化剂,分别加入等量不同初始浓度的亚甲基蓝溶液,考察亚甲基蓝初始浓度对催化性能的影响,结果如图3所示。从图3可以看出,随着亚甲基蓝初始浓度的升高,光催化降解效率降低,随着反应进行,光催化降解趋势变缓。这是因为溶液浓度越高,光源产生的光穿过溶液的能力越弱,光催化剂产生的游离电子和空穴减少,降解效果越差。而光催化通常发生在TiO2表面,反应的溶液浓度越高,产生的中间产物浓度越高,易与亚甲基蓝产生竞争吸附,减少催化剂表面对光的有效利用,因此降解趋势变缓[1,18]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同种类金属掺杂改性TiO2材料光催化性能的研究进展[J]. 李大玉,张文韬,张超. 材料导报. 2019(23)
[2]光沉积法载银二氧化钛的制备和光催化性能研究[J]. 倪婷婷,秦荣荣,韩霞,谢继奎,吴福芳. 科学技术创新. 2019(25)
[3]镧、氮共掺杂TiO2提高污水厂尾水的可生化性[J]. 朱晓霞,郝瑞霞,范蓉锦,王丽沙,刘思远,万京京. 净水技术. 2018(12)
[4]Gd3+离子掺杂二氧化钛的制备及其性能研究[J]. 梁春华,王雷. 怀化学院学报. 2018(11)
[5]TiO2光催化降解花生油中黄曲霉毒素B1及其动力学研究[J]. 徐程鹏,叶盛英,崔晓蕾,张全,梁妍. 食品工业科技. 2018(11)
[6]TiO2光催化剂改性的研究进程[J]. 曾杰生,王瑞彬,何蕾. 化工新型材料. 2018(03)
[7]煅烧温度对铽掺杂纳米二氧化钛及光学性能的影响[J]. 黄凤萍,辛萌,崔梦丽,郭宇煜,丁力. 化学研究与应用. 2017(11)
[8]复合光催化材料对食品色素废水的降解研究[J]. 李宗慧,李道荣,张洋,李盼. 河南工业大学学报(自然科学版). 2014(02)
[9]铒掺杂二氧化钛光催化降解甲胺磷农药的研究[J]. 梁春华. 吉林农业大学学报. 2012(05)
[10]固相合成钛酸钙的光催化性能[J]. 韩冲,杨合,薛向欣. 环境化学. 2010(05)
硕士论文
[1]二氧化钛光催化剂的制备、改性及光催化性能研究[D]. 秦锐.安徽大学 2019
[2]二氧化钛基光催化剂的制备及其光催化性能研究[D]. 黄瑞宇.江西理工大学 2016
[3]Ni-WO3/TiO2-ZrO2催化剂的制备及其催化性能研究[D]. 席慧瑶.东北石油大学 2016
[4]光催化剂二氧化钛的掺杂改性研究[D]. 赵天行.中国科学技术大学 2014
[5]溶胶—凝胶法二氧化钛的制备及其光催化性能的研究[D]. 刘晓波.辽宁大学 2011
[6]固相合成CaTiO3及其光催化性能[D]. 韩冲.东北大学 2010
[7]二氧化钛光催化降解甲基橙过程中Fe3+和F-协同效应的研究[D]. 江雪.华中科技大学 2007
[8]纳米TiO2掺杂改性及光催化活性的研究[D]. 陈其思.重庆大学 2005
本文编号：2909318
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