Fe--TiO2/C复合材料光催化降解双酚A实验研究

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双酚A(Bisphenol A,BPA)存在雌激素特性,有很大的潜在危险性。TiO2作为催化剂可以高效、无毒、绿色地降解BPA。本研究以钛酸正四丁酯为钛源,以硝酸铁作为铁源,以氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)和富勒烯(Fullerene,C60)作为基底,采用溶胶凝胶法成功制备了Fe-TiO2/GO和Fe-TiO2/C60两种光催化剂。Fe-TiO2/GO和Fe-TiO2/C60复合材料通过XRD、FT-IR、UV-Vis、SEM和BET等各种表征方法反映其物理化学性质,探寻不同催化剂之间光催化性能差异的原因。
  实验结果表明,Fe-TiO2/GO和Fe-TiO2/C60复合光催化剂粉末的最适宜制备条件为,GO和C60的负载比为0.025%、掺铁比为2%、煅烧温度为400℃、煅烧时间为120min。在光辐射强度为980μw/cm2的紫外光照射下,将合成的Fe-TiO2/GO和Fe-TiO2/C60催化剂用于对水中BPA进行催化实验。光催化100min后,TiO2对BPA的降解率只有34.33%,Fe-TiO2/GO和Fe-TiO2/C60对BPA的降解率分别为90.96%和88.58%,较TiO2有了较大的提高。由于C60有缺电子性,光生电子会先与其结合,·O2-的生成受到影响,故光催化降解BPA效果比Fe-TiO2/GO差。
  本研究对所制备的催化剂进行结构、形貌、物质组成等进行表征。表征结果表明,铁、GO和C60的引入有效的抑制了TiO2的团聚作用,有助于提高催化剂的比表面积。TiO2、Fe-TiO2、Fe-TiO2/GO和Fe-TiO2/C60的比表面积依次为37.73m2/g、48.15m2/g、63.31m2/g和52.11m2/g,Fe-TiO2、Fe-TiO2/GO和Fe-TiO2/C60的比表面积分别是TiO2的1.28倍、1.67倍和1.38倍,比表面积明显增大。GO、C60和Fe引入使催化剂的光吸收性能得到增强,最大光吸收边从400nm拓宽至550nm。TiO2、Fe-TiO2、Fe-TiO2/GO和Fe-TiO2/C60的禁带宽度分别为3.20eV,2.90eV,2.93eV和2.96eV,禁带宽度明显降低,催化活性明显提高。
  本研究通过淬灭实验探究复合材料的光催化机理。通过结果分析可知BPA在·O2-和空穴的作用下先被进行了初步降解,生成中间产物,之后在空穴的作用下被完全氧化。
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