納米二氧化鈦/硅藻土復合材料光催化性能實驗
關鍵詞：納米二氧化鈦、納米TIO2、JR05、宣城晶瑞、VK-TG01、光催化二氧化鈦
進入新世紀，低碳、節能、環保等問題成為人們的 關注焦點。環境污染隨經濟的快速發展越來越嚴重， 人們在力圖尋找各種方式方法治理或減輕環境污染。 納米二氧化鈦用作光催化劑具有光催化效率高、無毒性、化學穩定性好等特點，目前已廣泛應用于各種廢水、廢氣光催化處理中。由于 TiO2 粒徑小，光催化反應后容易流失，所以近年來研究者們對 TiO2 的固定化做了大量工作。礦物材料作為 TiO2 復合光催化 劑的載體已有大量的研究，如蒙脫石 、凹凸棒石 沸石 等作為基體材料。
硅藻土一般是由統稱為硅藻的單細胞藻類死亡以后的硅酸鹽遺骸形成的，其本質是含水的非晶質 SiO2。硅藻土具有孔隙度大、吸附性強、化學性質穩定、耐磨、耐熱等特點，因此常被用于廢水、廢氣處理領域。目前，納米二氧化鈦復合光催化劑的制備常采用溶膠 - 凝膠法、共沉淀法等，
本實驗即以納米二氧化鈦和硅藻土為原材料，在水介質的機械研磨體系中，采用機械力活化法制備成負載型 TiO2/ 硅藻土復合光催化材料，進而研究不同光照時間下復合材料對甲基橙溶液的降解，通過測定其光催化降解率評價復合材料的光催化性能。該實驗結果對于降低 TiO2 作為光催化劑的使用成本，提高 TiO2 光催化劑的催化效果和應用范圍具有重要意義。
1 實驗部分
1.1 原材料及儀器 實驗原材料及試劑：硅藻土，40~60 目，納米 TiO2，規格 VK-TG01，TiO2≥ 99.5 %，粒徑 10-15 nm，批號：20090305。化學試劑甲基橙，C14H14N3NaO3S，分子 量 327.35，；三乙醇胺， 分析純，批號：20081006，C6H15NO3，北京化工廠。 主要儀器：GSDM-S 型超細攪拌磨；HXSEI 光化 學反應儀；TGL-16C 離心機；。
1.2 TiO2/ 硅藻土復合光催化劑的制備 實驗采用 超細攪拌磨，磨機的操作參數為轉速 1000 r/min；磨 介 球 采 用 3 種 直 徑，其 比 例 為 Ф3mm∶Ф2mm∶ Ф1mm=5∶3∶2，球料比 3∶1。按硅藻土與納米 TiO2
不同配比，加入納米 TiO2 質量分數 1 % 的三乙醇胺作 為分散劑，在超細攪拌磨上混合研磨 80 min，即制得 TiO2/ 硅藻土復合光催化材料 1#、2#、3#、4#、5#、6# 樣品 （1#：硅藻土；2#：80 %硅藻土- 20 % TiO2；3#：60 %硅藻 土- 40 % TiO2；4#：40 %硅藻土- 60 % TiO2；5#：20 %硅 藻土 - 80 % TiO2；6#：TiO2）。
1.3 光催化反應實驗 以甲基橙作為目標降解物進 行光催化活性測定。取 300 mL 甲基橙溶液（15 mg/L） 和 1 g 復合材料混合后倒入光催化反應儀中；將懸浮 液置于暗處強力磁力攪拌 30 min；待吸附平衡后，用 300 W 高壓汞燈照射懸浮液不同時間；取樣進行兩次 離心（10000 r/min，10 min/ 次），吸取一定量的上清液； 利用分光光度儀測量上清液在 λ=462.5 nm 處的吸光 度；根據光照前后吸光度（或濃度）的變化，按下式計 算甲基橙溶液的降解率。 D=(A0-A)/A0×100%= (C0-C)/C0×100% 其中，D 為降解率，%；A0、A 為起始甲基橙溶液和光 照一定時間后的吸光度，Abs；C0、C 為溶液初始濃度 與光照后的濃度，mg/L。
2 結果與討論
2.1 TiO2/ 硅藻土復合光催化材料的 XRD 分析 采 用 X 射線衍射儀對 TiO2/ 硅藻土復合光催化材料 1#、 2#、3#、4#、5#、6# 樣品進行了表征，可 知，硅 藻 土 的 物 相 為 美 蛋 白 石 （Cacholong），TiO2 的物相為銳鈦礦（Anatase）。從硅 藻土的 X- 射線衍射圖可看出，在 2θ 為 21.8。、39.1。 等處出現硅藻土的 SiO2 特征衍射峰；而在 TiO2/ 硅藻 土復合材料的樣品中，在 2θ 為 25.4。、37.05。、47.8。、 53.2。、57.7。等處出現銳鈦礦型 TiO2 特征衍射峰，而且 隨著 TiO2 質量分數的增加，TiO2 衍射峰逐漸增強，而 硅藻土衍射峰逐漸減弱，這說明硅藻土的表面大部分 被 TiO2 所覆蓋。
2.2 TiO2/ 硅藻土復合光催化材料的 SEM 圖 采用 掃描電鏡觀察了 1#、2#、3#、4#、5# 樣品的表面形貌，可看出，硅藻土具有孔道結構，其孔徑約 為 150 nm；硅藻土具有良好的吸附性是由其孔道結 構決定的。納米 TiO2 粒子附 著在硅藻土的表面并填充孔隙，納米 TiO2 顆粒多以 團聚態存在。
可看出，80 % TiO2 粒子與硅藻 土復合時，由于負載量較大，TiO2 粒子將硅藻土包裹 其中，同時大量的 TiO2 粒子團聚，這與 XRD 衍射圖 中硅藻土的 SiO2 特征衍射峰減弱相對應。
2.3 不同光催化劑對甲基橙溶液的光催化效果 TiO2/ 硅藻土復合光催化材料 1#、2#、3#、4#、5#、6# 樣品在 300 W 高壓汞燈照射 20 min、40 min、60 min、80 min、 100 min 的光催化降解結果.
可以看出，硅藻土對甲基橙基本沒有光催 化效果，在 100 min 的光照時間內降解率基本沒有； 其它各樣品的光催化降解率隨光照時間的增加而增 加；而且復合光催化劑的光催化降解率隨 TiO2 含量 的增加而增加。5# 樣品即 20 % 硅藻土 - 80 % TiO2 的 甲基橙降解率在光照時間為 60 min 時即達到 90 %， 與純納米 TiO2 的效果基本相同，因此有望作為純 TiO2 的替代品用于光催化降解應用中。
結論：
1. 以納米 TiO2 和硅藻土為原料，采用機械力活 化方法制備了 TiO2/ 硅藻土復合光催化劑。
2. 2. 在各復合材料樣品中，隨著 TiO2 質量分數的 增加，TiO2 衍射峰逐漸增強，硅藻土衍射峰逐漸減弱， 硅藻土的表面大部分被 TiO2 所覆蓋。
3. 3. 硅藻土對甲基橙基本沒有光催化效果，復合光 催化劑的光催化降解率隨 TiO2 含量的增加而增加， 60 min 后，樣品 20 % 硅藻土 - 80 % TiO2 的光催化降 解率和 TiO2 的降解率相同，因此有望作為純 TiO2 的 替代品用于光催化應用中。
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