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二氧化钛柱撑蒙脱石结合了TiO2的光催化性能和蒙脱石的良好吸附性能,作为新型环境光催化材料,其研究已成为国内外学者关注的热点之一。但在传统的钛基柱撑蒙脱石制备工艺中,二氧化钛的前驱体-水合钛离子凝胶颗粒太小,焙烧后难以得到锐钛矿型TiO2晶体,导致实际光催化活性降低。因此如何调节蒙脱石层间距,控制TiO2颗粒尺寸在一定范围内,使复合材料发挥更好的光催化活性,成为TiO2柱撑蒙脱石研究所面临的重要挑战。
本研究将端氨基化的长链聚合物PPO-D作为结构调节剂引入到TiO2柱撑蒙脱石的制备过程中,调控蒙脱石层间TiO2颗粒的大小和形貌,提高柱撑蒙脱石的比表面积,改善其孔结构,实现蒙脱石高吸附性和TiO2高催化活性的有机结合。最后将所制备的柱撑蒙脱石材料应用于水中甲基橙的吸附和光催化降解,考察其光催化性能。
采用优化的先无机柱撑后有机柱撑的分步合成法,制备了聚合物调控的TiO2柱撑蒙脱石。PPO-D加入量对TiO2柱撑蒙脱石的层间距有很大影响,当Ti/土比为15,加入的PPO-D的量与蒙脱石CEC的比例为1.6时,层间距最大可达到3.97nm,此时层间聚合物的插入量基本达到了饱和状态。
对柱撑蒙脱石的结构分析结果显示,相比于小分子量表面活性剂,长链聚合物结构凋节剂不仅可以增大二氧化钛柱撑蒙脱石的层间距,提高柱撑蒙脱石中的二氧化钛含量,而且比表面积较短链表面活性剂调控的柱撑蒙脱石(170.41 m2/g)明显增大,最大达到241.52 m2/g,其孔道结构比单独二氧化钛柱撑蒙脱石也得到了明显改善。复合柱撑蒙脱石中无定形的二氧化钛前驱体经过高温焙烧后,基本都转化成了锐钛矿型二氧化钛颗粒,而没有转变成金红石型。
通过对水中甲基橙的吸附和光催化性能研究发现,聚合物的调控作用能提高TiO2柱撑蒙脱石的吸附能力,光催化效率也有所改善。焙烧对复合柱撑蒙脱石的吸附能力影响显著,且焙烧后吸附能力优于焙烧之前的柱撑材料。