CO2光催化还原合成有机物磁性催化剂制备及性能研究

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以水热合成法制备的Fe304为核,采用超声辅助法制备的meso-SiO2@Fe3O4微球为基础,通过sol-gel法制备出TiO2@SiO2@Fe3O4和掺铜TiO2@SiO2@Fe3O4磁性核/壳结构纳米光催化剂。使用各种表征手段对制备的催化剂进行表征分析。以CO2光催化还原合成甲醇的反应,来评价催化剂的光催化活性。并研究了光催化反应的条件参数以及催化剂的重复使用性能。结果表明:采用sol-gel法成功在meso-SiO2@Fe3O4上包覆一层15-20nm厚度的TiO2。包覆后,样品的比表面积增大,孔体积和平均孔径减小。样品为介孔结构,孔径集中在4nm处。TiO2@SiO2@Fe3O4的饱和磁化强度为27.15emu/g。 TiO2@SiO2@Fe3O4的甲醇产量与紫外光照时间和CO2流量呈线性增长的关系。体系介质的最优条件参数为0.1mol/L的NaOH和0.1mol/L的Na2SO3。TiO2@SiO2@Fe3O4催化剂在重复使用六次后甲醇产量仍能达到最初测试的85%以上。在sol-gel法包覆TiO2过程中加入硝酸铜,成功制备了掺铜TiO2@SiO2@Fe3O4。样品的Fe3O4特征峰的峰型和大小基本不变,TiO2特征峰位置偏移,强度有所减弱。101晶面间距随着掺铜量增加而不断减少,铜离子掺杂进入TiO2晶格。样品为介孔结构,随着掺铜量增加,样品的比表面积增加,孔体积和平均孔径减少。过多的加入铜,部分铜离子会进入壳层的孔道结构,影响CO2与位点结合,进而影响催化剂的光催化活性。1%Cu-TiO2@SiO2@Fe3O4催化剂的饱和磁化强度为25.96emu/g。最佳Cu/TiO2比值为1%,此时甲醇产量可达1265.784μmol/g,相比TiO2@siO2@Fe3O4产量提高了69%。1%Cu-TiO2@SiO2@Fe3O4光催化剂的甲醇产量随着光照时间的增加而增加。1%Cu-TiO2@SiO2@Fe3O4催化剂在重复使用六次后,甲醇产量仍能达到最初测试的81%以上。
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