碳纤维负载二氧化钛光催化材料的制备及其可见光活性研究

来源 :长春工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hhenry123
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锐钛矿型的二氧化钛(TiO2)是一种性能优良的光催化材料,并且具有高活性、低成本、环境友好等优势,所以普遍用于废水的处理。但以下三方面的缺点限定了纳米TiO2粉末在现实生产的应用:(1)半导体TiO2比其他半导体的禁带宽度要宽(Eg=3.2eV),只有在波长<387 nm的紫外光照下,价带上的电子才能被激发跃迁到最高能级,因此对太阳能的利用是十分有限的。(2)由光引发所产生的空穴与电子易于在TiO2表面发生复合,从而减弱了光量子的功效。(3)粉末状的纳米TiO2存在易失活、易凝集和难以分离回收的问题,这是限制TiO2在现实生产中工业化的重要原因之一。为克服解决以上TiO2的缺点,首先将其与适合的载体相结合,这就克服解决了其凝聚和回收难的问题。一些吸附能力较强、比表面积相对大的多孔材料常常被作为TiO2的载体使用,常用的催化剂载体有分子筛、陶瓷、玻璃、活性炭、碳纤维等。另一方面,通过多种方法将杂质引入TiO2晶格内,改变其晶体形貌和结构,降低光生电子-空穴对在TiO2表面相遇重新复合的机率,进而提高了催化剂的光催化性能和使用寿命。本文是以九水硝酸铁为铁源、尿素为氮源、硫脲为硫源,选择预处理过的碳纤维(CF)为催化剂的载体,采取简单的溶胶-凝胶和浸渍提拉方法分别制备了一系列的TiO2/CF、Fe/TiO2/CF、Fe/N/TiO2/CF、Fe/N/S/TiO2/CF复合光催化材料。而且通过检测分析手段,例如电子扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线衍射光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、比表面积分析(BET),对制备的样品进行测试分析。在不同光催化实验条件下,用降解罗丹明B(RhB)溶液的效率高低来评价所制备催化剂的光催化机能的好坏。从样品表征分析和光催化实验可知,无论Fe单掺杂还是Fe、N、S共同掺杂,CF和改性TiO2之间的耦合作用使样品对光的响应范围从紫外延伸到可见光区,因此,样品对可见光的利用率得到明显提高。当Fe/N/Ti的摩尔比为0.1%:0.8%:1、在500℃下煅烧4 h、催化剂用量为0.04 g、RhB浓度为2.0×10-5 mol·L-1,pH值为8.0时,Fe/N/TiO2/CF的可见光催化活性最好,反复使用四次后对RhB的降解率略有下降,但幅度不大。
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