二氧化钛—有机硅—多酸介孔复合材料的合成及其光催化性能研究

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二氧化钛(Ti02)是一类具有良好催化性能的半导体光催化剂。因其具有安全无毒、绿色环保、物理化学性质稳定、催化效率高等优点,二氧化钛光催化技术被认为是目前最为理想的化学污染治理方法。但是,二氧化钛也存在带隙能宽,量子产率低等缺陷,只能吸收太阳光中的紫外部分,故二氧化钛光催化效率偏低。因此,如何提高二氧化钛光催化效率,成为现阶段研究热点。本文致力于合成以二氧化钛为活性基体的介孔复合材料,对其进行结构表征和光催化性能研究。利用溶胶-凝胶法结合程序升温水热法,制备H3PW12O40/TiO2,TiO2-Si(Et)Si和H3PW12O40/TiO2-Si(Et)Si复合材料。通过ICP-AES、FT-IR、XRD、SEM、UV-Vis/DRS,BET等手段对合成材料进行了组成与结构表征。研究结果表明:在纯TiO2介孔材料制备过程中,为形成晶型稳定且有序度较高的孔道结构,模板剂F127适宜添加量为n(F127):n(TTP)=0.025:1;在TiO2-Si(Et)Si和H3PW12O40/TiO2-Si(Et)Si杂化材料中,有机硅成功引入,硅源前驱体与钛源前驱体共聚水解缩合,形成有机-无机杂化材料孔道结构,增大了有机模型化合物与催化剂活性位点接触几率,这为扩展二氧化钛基光催化剂降解对象提供了可能;杂多酸H3PW12O40Keggin结构单元能够顺利引入二氧化钛(二氧化钛-有机硅)网络结构中,多酸的引入能够有效扩展二氧化钛光谱响应范围,使其响应范围向可见光区域移动;当多酸担载量在一定范围内(0-20wt%)变化,随着担载量增加,复合材料光谱红移先变大后变小,在担载量在10wt%左右时,出现最大红移现象,这为提高二氧化钛光催化效率提供了保障。以染料罗丹明B (RhB)为模型化合物分子,考察H3PW12O40/TiP2和H3PW12O40/TiO2-Si(Et)Si复合光催化剂对RhB吸附-脱附和光催化降解能力。结果表明:当有机硅烷占前驱体摩尔百分数为20mo1%时,复合催化剂对RhB将降解能力比其他组成要高;多酸担载量为10.0wt%左右时,催化效率最高;催化剂循环使用实验表明,这两类光催化剂具有良好循环使用性能,在循环使用五次以后,仍能保持较高催化活性。以上合成两类复合催化剂:H3PW12O40/TiO2和H3PW12O40/TiO2-Si(Et)Si均具有优良表面物理化学性质,在光催化反应中表现较高催化活性,其中,以H3PW12O40/TiO2-9.6和H3PW12O4-9.7/TiO2-Si(Et)Si-20催化活性尤为出色。因此,上述催化剂有望在降解有机污染物等环保领域具有一定应用前景。
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