二氧化钛基复合催化剂的合成、表征及光催化活性的研究

发布时间：2020-04-14 02:10

【摘要】：光催化技术直接利用太阳光催化降解有机污染物或转化为氢能,亟待深入研究以促进可再生能源利用与环境治理技术发展。分别采用反相微乳液法,在正己醇/CTAB/碱溶液微乳反应器中制备了晶体生长良好的Na2Ti6O13、Li2Ti6O13和NTO/LTO复合纳米催化材料,其微观结构呈宽带状:长度大于5μm,厚度不大于40 nm,宽度范围60-100 nm。以2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)作为目标污染物研究它们的光催化性能,结果显示,经600 oC煅烧的NTO催化剂,降解效率最高。60 min内能完全降解20 mg·L-1的2,4-DCP,比商品P25型二氧化钛高,也强于制备的LTO催化剂和NTO/LTO复合催化剂。一步合成了BTO复合催化剂。经XRD和拉曼光谱分析,合成的催化剂结晶度高,晶体生长良好,成分为Bi4Ti3O12晶体,同时存在锐钛矿或者金红石相的二氧化钛;电子显微镜检测发现,该催化剂颗粒尺寸约为10 nm,结晶良好,形状不规则,有聚结的情况,其中样品8-BTO为蓬松的聚集,25-BTO为紧密堆积。通过BET分析得知,样品8-BTO的比表面积高达72.96 m2·g-1并有明显的介孔结构。经紫外可见漫反射光谱分析得知,制备的二氧化钛单体带隙能为3.18 e V,随着钛酸铋的加入,带隙能降低至2.6 e V,表明制备的BTO样品对可见光有特殊的吸收能力。研究了BTO催化剂在不同条件下光解水产氢的性能。发现制备的催化剂有较强的产氢能力,在模拟太阳光的白光灯照射下,1g催化剂分散在50 m L二次去离子水中,120 min能产氢气约4 m L。对BTO光解水产氢的机理进行初步探讨后发现,在光照过程中,二氧化钛晶格发生轻微的变动,可以推测是氧原子的偏移所引起的。合成了BVO复合催化剂。经XRD和拉曼光谱分析,无论是高温煅烧还是低温水热法合成的催化剂结晶度高,晶体生长良好,都生成了单斜晶型为主的Bi VO4晶体;高温煅烧下的样品,主要呈片状结构:直径大于3μm、厚度由几十到一百纳米;片状晶体表面附着大量直径为十几纳米的二氧化钛小颗粒。而低温水热合成的样品是由直径为三十到七十纳米的形状不规则颗粒团聚而成的块状物,结晶度良好。BET分析表明30-BVO的BET比表面积为111.9161 m2·g-1比单体钒酸铋的1.4664 m2·g-1提高了几乎100倍。紫外可见漫反射光谱证实,各样品的光响应范围均拓宽至可见光区。研究了不同铋钛比的BVO催化剂光解水产氢的性能。试验发现,制备的钒酸铋单体在任何光源照射下都没有光解水产生氢气的能力,而复合催化剂则具有良好的产氢性能。在紫外光照射下,1g催化剂分散在50 m L二次去离子水中,120 min后最高可产生约1 m L氢气。在可见光试验中发现,复合的BVO催化剂有显著的可见光产氢性能。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ426;X505

【参考文献】