采用溶膠-凝膠法制備了不同Zr摻雜量的Zr-TiO₂催化劑,并通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡、傅里葉紅外光譜對其進行表征,探究Zr元素的摻雜比例、催化劑制備的焙燒溫度及反應物初始濃度等條件對催化劑在可見光下降解亞甲基藍性能的影響。結(jié)果表明,制備的Zr-TiO₂催化劑粒徑為納米級,Zr-TiO₂催化劑對亞甲基藍有明顯光催化降解作用,且不同Zr與Ti摻雜比例對亞甲基藍溶液降解效率影響顯著,當Zr元素摻雜量為20%,焙燒溫度為550℃時,制備的550℃-20%Zr-TiO₂催化劑對20 mg·L^-1的亞甲基藍溶液降解效果最優(yōu),降解5 h時降解率為91.8%。并且550℃-20%Zr-TiO₂催化劑在可見光下催化降解亞甲基藍符合一級動力學模型,R²>0.95,擬合直線有較好的擬合度,表明催化劑具有較強的降解能力。 

【文章來源】：工業(yè)催化. 2020年08期 第42-48頁

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

不同Zr元素摻雜量的TiO2對亞甲基藍的降解曲線

分別在焙燒溫度500 ℃、550 ℃和600 ℃下制得納米20%Zr-TiO2光催化劑,考察催化劑對初始質(zhì)量濃度為20 mg·L-1的亞甲基藍的降解效果,結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出,當反應進行至5 h時,焙燒溫度為500 ℃、550 ℃、600 ℃的催化劑,降解率分別為67.6%、87.8%和60.5%。在550 ℃焙燒2 h的光催化活性明顯高于其他溫度焙燒的催化劑,這說明從500 ℃升高溫度至550 ℃,樣品的銳鈦礦晶型結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)并逐漸趨于完整,催化劑表面生成有較多的活性位點,光生空穴-電子對能夠迅速轉(zhuǎn)移到催化劑表面參與反應。當焙燒溫度高于或低于此溫度時,催化活性有所降低,這有可能是因為焙燒溫度會影響銳鈦礦相結(jié)晶的形成[16-17],故較優(yōu)的焙燒溫度為550 ℃。2.3 亞甲基藍初始濃度對催化性能的影響

以550 ℃-20%Zr-TiO2為光催化劑,分別加入等量不同初始濃度的亞甲基藍溶液,考察亞甲基藍初始濃度對催化性能的影響,結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出,隨著亞甲基藍初始濃度的升高,光催化降解效率降低,隨著反應進行,光催化降解趨勢變緩。這是因為溶液濃度越高,光源產(chǎn)生的光穿過溶液的能力越弱,光催化劑產(chǎn)生的游離電子和空穴減少,降解效果越差。而光催化通常發(fā)生在TiO2表面,反應的溶液濃度越高,產(chǎn)生的中間產(chǎn)物濃度越高,易與亞甲基藍產(chǎn)生競爭吸附,減少催化劑表面對光的有效利用,因此降解趨勢變緩[1,18]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]不同種類金屬摻雜改性TiO2材料光催化性能的研究進展[J]. 李大玉,張文韜,張超.  材料導報. 2019(23)
[2]光沉積法載銀二氧化鈦的制備和光催化性能研究[J]. 倪婷婷,秦榮榮,韓霞,謝繼奎,吳福芳.  科學技術(shù)創(chuàng)新. 2019(25)
[3]鑭、氮共摻雜TiO2提高污水廠尾水的可生化性[J]. 朱曉霞,郝瑞霞,范蓉錦,王麗沙,劉思遠,萬京京.  凈水技術(shù). 2018(12)
[4]Gd3+離子摻雜二氧化鈦的制備及其性能研究[J]. 梁春華,王雷.  懷化學院學報. 2018(11)
[5]TiO2光催化降解花生油中黃曲霉毒素B1及其動力學研究[J]. 徐程鵬,葉盛英,崔曉蕾,張全,梁妍.  食品工業(yè)科技. 2018(11)
[6]TiO2光催化劑改性的研究進程[J]. 曾杰生,王瑞彬,何蕾.  化工新型材料. 2018(03)
[7]煅燒溫度對鋱摻雜納米二氧化鈦及光學性能的影響[J]. 黃鳳萍,辛萌,崔夢麗,郭宇煜,丁力.  化學研究與應用. 2017(11)
[8]復合光催化材料對食品色素廢水的降解研究[J]. 李宗慧,李道榮,張洋,李盼.  河南工業(yè)大學學報(自然科學版). 2014(02)
[9]鉺摻雜二氧化鈦光催化降解甲胺磷農(nóng)藥的研究[J]. 梁春華.  吉林農(nóng)業(yè)大學學報. 2012(05)
[10]固相合成鈦酸鈣的光催化性能[J]. 韓沖,楊合,薛向欣.  環(huán)境化學. 2010(05)

碩士論文
[1]二氧化鈦光催化劑的制備、改性及光催化性能研究[D]. 秦銳.安徽大學 2019
[2]二氧化鈦基光催化劑的制備及其光催化性能研究[D]. 黃瑞宇.江西理工大學 2016
[3]Ni-WO3/TiO2-ZrO2催化劑的制備及其催化性能研究[D]. 席慧瑤.東北石油大學 2016
[4]光催化劑二氧化鈦的摻雜改性研究[D]. 趙天行.中國科學技術(shù)大學 2014
[5]溶膠—凝膠法二氧化鈦的制備及其光催化性能的研究[D]. 劉曉波.遼寧大學 2011
[6]固相合成CaTiO3及其光催化性能[D]. 韓沖.東北大學 2010
[7]二氧化鈦光催化降解甲基橙過程中Fe3+和F-協(xié)同效應的研究[D]. 江雪.華中科技大學 2007
[8]納米TiO2摻雜改性及光催化活性的研究[D]. 陳其思.重慶大學 2005



本文編號：2909318