可见光响应的层状粘土负载光催化剂的制备

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为了解决日益严重的环境污染问题,半导体光催化剂TiO2因其具有可降解水中污染物等特性而吸引了众多的注意力。然而由于其较宽的能带宽度(3.2eV),TiO2只能在波长小于387nm的紫外光的照射下才能显现出较强的活性,而这一部分的光只占太阳光的3-5%,因此又限制了TiO2的广泛应用。目前对于TiO2光催化剂的研究主要包括提高光催化效率、催化剂的固定以及提高其可见光利用率。利用光催化氧化技术处理有机废水,具有处理效率高、工艺设备简单、操作条件易控制、非选择性地降解有机污染物、无二次污染等突出优点,为有机废水的工业化处理提供了新思路和新途径。本文以提纯钠化后的新疆某地的蒙脱石为TiO2的载体,以TiCl4为钛源,进行了二氧化钛柱撑蒙脱石(TiO2-PILM)复合催化剂的制备研究。在此基础上对TiO2进行掺杂改性,制备了N,S共掺杂的TiO2-PILM复合光催化剂。同时,利用多种测试技术对所制得的N,S共掺杂TiO2-PILM催化剂进行了表征。x-射线衍射(XRD)分析结果证明,锐钛矿相TiO2在较低温度下已经形成,这可能是由于蒙脱石的介入促进了TiO2晶相的转变。合成物的XRD图中没有蒙脱石(001)面的衍射峰,这和交联过程中的剥层现象有关,但是蒙脱石的层状结构没有完全被破坏,红外分析显示蒙脱石2:1的硅酸盐结构仍然存在。柱撑后样品的比表面积由原来蒙脱石的9.5433m2/g增大到了225.8280m2/g(样品B),大大增强了催化剂的吸附性能。合成物中“卡房”状无序孔结构,导致了材料整体结构的无序性,颗粒之间不同的团聚方式导致了样品中双孔结构的存在。x-射线光电子能谱(XPS)显示了N,S的成功掺杂,紫外-可见漫反射图则表明掺杂后催化剂的吸收波长发生了红移,使催化剂的吸收波长移到了可见光区。光催化实验结果表明,低温制备的TiO2-PILM复合催化剂具有较好的光催化性能。当焙烧温度为350℃、Ti:S为1:4时,掺杂的催化剂具有比P25更好的可见光光催化活性。N,S共掺杂TiO2-PILM催化剂的紫外-可见吸收光谱分析结果表明,该催化剂是利用了蒙脱石的吸附性能和TiO2的光催化性能共同完成了对4BS的降解,4BS染料中的偶氮结构和稠环结构在光催化剂作用下大部分被破坏分解。
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