球形TiO2光催化剂的模板法制备研究

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传统TiO2在污染处理过程因为其颗粒极为细小,造成难以回收,同时,其只在紫外光激发条件下的光子利用率低下,电子与空穴的复合率高,这严重制约着其广泛应用。中空微球因密度低、高的比表面积、高的稳定性和表面渗透性等特点受到重视。而对TiO2进行改性使其具有可见光响应也成为人们的研究热点。本文针对以上问题采用水热法制备的葡萄糖炭球为模板,NH4F为N、F源,采用溶胶-凝胶法制得具有可见光响应的中空TiO2微球。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、低温N2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)对样品进行结构表征,以苯酚为降解模型物在可见光下对其活性进行评价。结果表明,制得N-F共掺杂TiO2为中空球形结构,球形颗粒直径为500-600nm,壳层厚度为75nm,比表面积为63.5m2/g。N、F共掺杂可显著提高YiO2分散性能,并抑制其由锐钛矿相向金红石相转变。中空结构和N-F共掺杂可显著提高YiO2的可见光催化活性,700℃煅烧TiO2样品表对苯酚降解率为79%,分别为未掺杂中空TiO2和P25的4.9和7.9倍。以聚乙二醇(PEG)和共嵌段化合物F127为双模板剂,采用溶胶-凝胶辅助水热法制备了球形介孔TiO2。采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、热重分析和低温N2吸附-脱附对样品进行了结构表征,并以苯酚为降解模型物在紫外光下对其活性进行了评价。结果表明,所得TiO2为球形介孔结构,平均孔径为6.5~12.6nm,比表面积最高可达106.9m2/g,孔容积0.21cm3/g,球形颗粒直径200~300nm,由粒径为15~20nm的小晶粒组成。随煅烧温度升高,TiO2的比表面积和孔容积减少,孔径增大。双模板剂的使用比单一模板剂更能形成稳定的立体网状球形胶束,并有效抑制TiO2前驱体的团聚,诱导其形成球形介孔结构。其中在500℃煅烧所制MS-TiO2样品表现最好的光催化活性,苯酚降解率达86.4%,为TiO2的1.3倍。以葡萄糖碳球为模板剂,TiCl4为钛源,采用酸催化水解法制备中空TiO2微球,在NH3/N2气氛下程序升温处理制得不同N掺杂量的具有可将光响应的TiO2并以苯酚为模型物,考察了其在紫外光及可将光下的催化活性。结果表明:所得催化剂为中空结构,平均尺寸为600-700nm,温度对催化剂形貌影响明显而掺杂量对其形貌影响不大。N掺杂能有效提高催化剂催可见光的响应,600℃下通气4h表现出最高催化活性,对苯酚降解率为79%。
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