采用溶膠-凝膠法將ZnO摻雜進(jìn)熒光粉/TiO₂體系,并以活性炭纖維（ACF）為載體,制備了Pr³⁺∶Y₂SiO₅/ZnO-TiO₂/ACF復(fù)合材料。采用XRD、SEM、EDS、FS和UV-vis DRS,對材料的結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行了表征,并以亞甲基藍(lán)為模擬降解物,考察了ZnO摻雜量對復(fù)合材料可見光催化性能的影響。結(jié)果表明,當(dāng)ZnO摻雜質(zhì)量為TiO₂質(zhì)量的10%時(shí),制得的復(fù)合材料光催化性能最強(qiáng),在500 mL質(zhì)量濃度為15 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液中反應(yīng)12 h后亞甲基藍(lán)去除率高達(dá)98.0%,反應(yīng)符合擬一級動力學(xué)方程,反應(yīng)速率常數(shù)為0.341 3 h^-1,是未摻雜ZnO的Pr³⁺∶Y₂SiO₅/TiO₂/ACF的1.75倍,復(fù)合材料重復(fù)使用4次后亞甲基藍(lán)去除率仍然保持在85%以上。 

【文章來源】：精細(xì)化工. 2017,34(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

光反應(yīng)裝置示意圖

0%-PYZTA中，絕大多數(shù)TiO2為銳鈦礦相并且檢測出了金紅石相的衍射峰，ZnO的引入促進(jìn)了TiO2從銳鈦礦相向金紅石相的轉(zhuǎn)變，此外，還有極少量屬于ZnO的衍射峰;30%-PYZTA、50%-PYZTA譜圖中沒有明顯的ZnO與TiO2的衍射峰，取而代之的是二者的混晶結(jié)構(gòu)Zn2TiO4的衍射峰，并隨著ZnO摻雜質(zhì)量的升高，Zn2TiO4峰強(qiáng)度有明顯的提升;70%-PYZTA、90%-PYZTA譜圖中，ZnO的特征衍射峰變得尖銳，TiO2的衍射峰明顯減弱;各樣品未檢出熒光粉的衍射峰，這是由于熒光粉摻雜過少，其衍射峰被其他物質(zhì)衍射峰遮蔽。圖2PY熒光粉及不同ZnO質(zhì)量摻雜比制備的PYZTA的XＲD譜圖Fig．2XＲDpatternsofPYfluorescentpowderandPYZTAcompositessynthesizedwithdifferentdopingmassratioofZnO2.2樣品的形貌及元素分析不同樣品的形貌分析結(jié)果見圖3。圖3a為PY熒光粉的SEM，材料呈不規(guī)則團(tuán)聚狀，顆粒尺寸約40～60nm。圖3b為TiO2/ACF材料的SEM，可看出TiO2在ACF表面附著一層比較均勻的薄膜，部分龜裂，這是由于樣品經(jīng)過高溫煅燒，TiO2的薄膜結(jié)構(gòu)遭到破壞，從而導(dǎo)致細(xì)塊狀TiO2的出現(xiàn)。圖3c為PYTA的SEM，可看出PYTA比TiO2/ACF夾雜更多的大塊狀顆粒，此塊狀物質(zhì)為TiO2包覆的PY熒光粉顆粒，當(dāng)可見光穿透TiO2包覆層后，能被PY熒光粉吸收而發(fā)射出紫外光，從而直接被TiO2利用。圖3d為PYZA的SEM，ACF上附著的一層球形顆粒即為ZnO納米球。圖3e為10%-PYZTA的SEM，可以看出ZnO納米球與TiO2顆�；旌暇鶆颍街贏CF纖維上，局部大塊狀顆粒為復(fù)合半導(dǎo)體包覆的熒光粉顆粒。圖3f為10%-PYZTA循環(huán)使用4次后的SEM，與圖3e相比，ACF表面的催化劑有輕微脫落。·490·精細(xì)化工FINECHEMICALS第34卷

a—PYfluorescentpowder;b—TiO2/ACF;c—PYTA;d—PYZA;e—10%-PYZTA;f—usedafterfourtimesof10%-PYZTA圖3不同樣品的SEM照片F(xiàn)ig．3SEMmicrographsofthesamples對10%-PYZTA樣品進(jìn)行能譜面掃描，結(jié)果見圖4。能譜分析表明，熒光粉摻雜的復(fù)合半導(dǎo)體材料已負(fù)載到ACF上，10%-PYZTA所含元素主要為C、O、Ti、Zn、Si、Y、Pr。Ti、Zn元素的面分布進(jìn)一步證實(shí)SEM的分析結(jié)果，ZnO納米球與TiO2顆粒均勻地復(fù)合負(fù)載于ACF上。圖410%-PYZTA的能譜圖及Ti、Zn元素的面分布圖Fig．4EDSpatternsof10%-PYZTAandsurfacedistributionofTiandZn2.3樣品的熒光光譜(FS)分析不同樣品的熒光光譜分析結(jié)果見圖5。從圖中可以看出:上轉(zhuǎn)換PY熒光粉在波長為488nm可見光激發(fā)下，發(fā)射出的熒光范圍在290～340nm，分別在312nm和320nm左右出現(xiàn)兩組峰，該可見-紫外的上轉(zhuǎn)換主要是由于光子的激發(fā)態(tài)吸收(ESA)所致［18］，同時(shí)伴隨著4f-5d軌道上輻射馳豫能量傳遞上轉(zhuǎn)換(ETU)過程［19］。圖中Pr3+∶Y2SiO5/TiO2(PYT)復(fù)合粉體和PYTA復(fù)合材料的熒光強(qiáng)度明顯低于PY熒光粉的強(qiáng)度，這是由于在PYT復(fù)合粉體和PYTA復(fù)合材料中的熒光粉發(fā)出的紫外光被TiO2利用所致;同時(shí)，PYTA的熒光強(qiáng)度稍高于PYT復(fù)合粉體的熒光強(qiáng)度，這是由于載體ACF自身強(qiáng)烈的吸光性能，提高了PYTA的吸光效率，激發(fā)熒光粉釋放出較多的紫外光。10%-PYZTA的熒光強(qiáng)度最低，這是由于ZnO/TiO2半導(dǎo)體復(fù)合納米粒子形成耦合作用，抑制了電子和空穴復(fù)合，提高了量子效率和對光線的利用率，發(fā)射出的紫外光變少，所以其熒光強(qiáng)度最低。圖5樣品的熒光發(fā)射光譜Fig．5Fluorescenceemissionspectraofthesamples2.4樣品的紫外-可見漫反射(UV-visDＲS)分析樣品的UV-visDＲS光譜分析結(jié)果見圖6?


本文編號：3108456