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在全球倡导节能减排绿色环保的时代,纳米TiO2作为一种新型的半导体多相光催化剂因其高效环保等优点,日益受到人们的关注和重视。目前TiO2光催化剂已广泛应用于污水处理、气体净化、抗菌防污等方面。但是纳米TiO2存在对可见光响应范围小、难以回收再利用等问题,本文针对上述问题,制备了高效复合型稀土掺杂光催化材料—Ce-TiO2/KL球(KL为硅藻土,下同)复合光催化剂,稀土Ce的掺杂有效提高了TiO2对可见光的利用率,性能优良的硅藻土球作为载体使复合光催化剂更易回收,可以重复再使用,具有较长的寿命。 利用多功能制丸机制备硅藻土球,硅藻土球的直径为2mm,以落下强度和比表面积为指标,考察并确定了最佳造球工艺。结果表明,硅藻土球的最佳制备条件为:硅藻土10g,糊精的加入量为5mass%,Na2CO3加入量为1mass%,水的加入量为12ml,造球时间15min,干燥温度为70℃,干燥时间6h,煅烧温度900℃,煅烧时间2h。此条件下硅藻土球的落下强度可达到180次/1m,比表面积为12.36m2/g,是一种高强度、大比表面积的催化剂载体。 采用溶胶-凝胶法制备Ce-TiO2/KL球复合光催化剂,以降解率为指标,考察并确定了最佳的制备条件。最佳制备条件为:硅藻土球的浸渍时间为2h,Ce掺杂量为0.5%,煅烧温度为600℃,煅烧时间为1.5h。对复合光催化剂进行X射线衍射、能谱和面扫描分析。XRD结果显示,Ce-TiO2/KL复合光催化剂由SiO2、锐钛矿型TiO2和金红石型TiO2组成,且以锐钛矿相为主,晶形发育完整,只有极少量的金红石相,能谱分析及面扫描表明TiO2均匀分布在硅藻土圆盘及四周。 以Ce-TiO2/KL球对罗丹明B降解率为指标,考察并确定了最佳降解条件,并且研究了Ce-TiO2/KL球的再生方法及稳定性问题。实验结果表明,最佳的降解条件为:罗丹明B的初始浓度为10mg/L,Ce-TiO2/KL球的加入量为5g/L,溶液pH为6,此时的降解率高达84.7%。失活的Ce-TiO2/KL球可在500℃静态空气中煅烧1h进行再生处理,再生六次后的Ce-TiO2/KL球的降解率高达79.31%,较第一次只差5.40%,说明制备的Ce-TiO2/KL球性能稳定,使用寿命较长。 以杀菌率为指标,考察并确定了最佳抗菌条件,并且研究了Ce-TiO2/KL球的稳定性问题。实验结果表明,抗菌的最佳条件为:菌液初始浓度为103 cfu/ml,Ce-TiO2/KL球的加入量500mg,光照时间5h,太阳光对细菌的杀灭效果最好,大肠杆菌对复合催化剂最敏感。Ce-TiO2/KL球催化剂再生六次后的杀菌率只比第一次再生小了6%,性能稳定,是一种理想的环保负载型复合光催化剂。 制备的球状复合光催化材料,即充分发挥了高孔隙率、大比表面硅藻土具有的靶向富集作用,显著提高了材料的催化活性,又便于回收利用,应用前景良好。