稻壳灰负载二氧化钛光催化剂的固相合成和特性研究

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二氧化钛(TiO2)光催化剂具有稳定性高、廉价易得、化学稳定性好、抗酸碱腐蚀能力强、无毒等优点,是一种优良的光催化剂,一直被用于污水中难降解有机污染物(如偶氮类染料、罗丹明、苯酚、硝基苯等)的去除,已经在世界范围内得到了广泛的研究和应用。本文以二水合硫酸氧钛(TiOSO4·2H2O)为钛源,采用机械研磨的方法使其与草酸钠(Na2C2O4)在常温下发生固相反应,制备出了纯净的Ti02光催化剂。在此基础上,结合TiO2光催化剂的负载化技术,以稻壳灰(RHA)为载体制备出了TiO2/RHA复合型光催化剂。采用XRD、TG-DSC、SEM、FT-IR等分析技术对制得的TiO2光催化剂和TiO2/RHA复合型光催化剂进行了微观结构和形貌等方面的表征,以甲基橙(MO)为目标降解物研究了催化剂的光化学活性。取得的研究结果如下:(1)煅烧温度对TiO2光催化剂的结构和性能有较大的影响,400℃、450℃、500℃煅烧所制得的TiO2光催化材料具有良好的晶体结构,在300~800℃煅烧温度范围内,TiO2始终是以锐钛矿相存在。(2)考察了不同煅烧温度下所制得的样品对MO的降解效果,发现450℃下煅烧所制得的TiO2光催化材料具有较高的光催化活性,故选取450℃为最佳的煅烧温度。(3)450℃下煅烧所制得的样品表面粗糙,结合较松散。此外,表观酸度对催化剂的光化学活性有一定程度的影响,随着煅烧温度的升高,各催化剂样品光降解MO的反应速率常数减小。(4)当pH=3.0,MO初始浓度为20mg/L,450℃下所制得的TiO2光催化剂的加入量为2.0g/L时,对MO的降解显示出了良好的光催化效果,经15min的紫外光照后,使得MO的脱色率达到了99.3%,同时,TiO2光催化降解MO的动力学线性拟合结果表明TiO2光催化降解MO遵循一级反应动力学方程。(5)研究了循环次数对Ti02光催化剂降解MO的效果的影响,发现Ti02光催化剂重复使用5次后,仍然保持着较高的光化学活性,比较循环实验前后Ti02光催化剂样品的XRD图谱得出,Ti02光催化剂的结构并未发生变化。(6) TiO2/RHA复合光催化剂样品中TiO2与SiO2之间形成了Ti-O-Si键,锐钛矿相Ti02较为均匀地覆盖在稻壳灰的表面。(7)当Ti/Si摩尔比为1:3时,所制得的TiO2/RHA复合催化剂的光催化能力最强,当MO初始浓度为25mg/L, TiO2/RHA复合型光催化剂的加入量为1.50g/L时,对MO的降解显示出了良好的光催化效果,将此结果与450℃下Ti02光催化剂的用量为0.50g/L(其他条件相同)的实验结果相比较得出,适量的RHA的加入,使得催化剂对MO分子的吸附能力和光降解效果均得到了一定程度的提高。
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