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(yīng)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(yīng)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(yīng)。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(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(yīng)用. 2017(11)
[8]復(fù)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(yīng)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