1、厚德博學(xué)求是化工工藝創(chuàng)新實驗CfA學(xué)院:姓名:專業(yè):學(xué)號:指導(dǎo)教師:YANSHANUNIVERSITY厚德博學(xué)求是TiO/MCM-41負載型催化劑的制備及性能研究2摘要：多相光催化氧化技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種先進的環(huán)境污染治理技術(shù)，其中Ti0因為其無毒、光催化性能較高的特點成為目前研究較多的材料之一。但2是它也存在一些不足，如比表面積較小、在水處理過程中難以分離回收、無法利用太陽光中的可見光部分等，嚴重制約了光催化技術(shù)在的工業(yè)應(yīng)用。為了克服Ti0的這些缺陷，制備具有咼比表面積、更咼的光催化活性并在可見光區(qū)有響應(yīng)2的復(fù)合光催化劑，本研究以Ti0為基質(zhì)，通過負載和摻雜相結(jié)合的方法制備復(fù)合2光催化

2、劑。MCM-41介孔分子篩催化劑具有孔道結(jié)構(gòu)規(guī)整、比表面積大、水熱穩(wěn)定性好、以及孔徑可調(diào)等優(yōu)點。納米TiO雖然光催化活性較好，但是由于其吸附能2力較差，尤其對非極性物質(zhì)吸附性能更差，而具有規(guī)整孔道結(jié)構(gòu)的MCM-41分子篩具有良好的吸附性能。因此，將兩者進行有機結(jié)合制成負載型光催化劑，可以充分利用兩者的協(xié)同作用獲得更好的光催化性能。MCM-41介孔分子篩作為載體，克服了TiO光催化劑容易凝聚失活和回收難再利用的缺點。采用溶膠-凝膠法，以2鈦酸丁酯和MCM-41分子篩為原料，制備了負載光催化材料TiO/MCM-41。通過研2究了鈦硅摩爾比、煅燒溫度、煅燒時間等確定了制備該負載材料的最佳條件，并對樣

3、品進行了XRD、BET、SEM、TEM、XPS等分析。光催化實驗證明，紫外光照30分鐘后，樣品對初始濃度25mg/L的羅丹明B脫色率達到93%以上。結(jié)果表明，在紫外光照射下，羅丹明B在該復(fù)合材料上的光催化降解反應(yīng)遵循一級反應(yīng)動力學(xué),復(fù)合材料對羅丹明B的光催化降解活性明顯高于商用TiO(P25),復(fù)合材料的光2催化降解活性由復(fù)合材料的吸附能力和所含Ti0的光催化活性共同決定。2關(guān)鍵字：MCM-41分子篩；納米二氧化鈦；羅丹明B;光催化降解引言：近年來，由于經(jīng)濟快速發(fā)展帶來的水污染已影響到了人們的正常生活和社會的和諧發(fā)展，利用多相光催化技術(shù)和吸附技術(shù)處理廢水越來越受到人們的關(guān)注。Ti0作為光催化劑

4、具有性能穩(wěn)定、比表面積大、清潔無毒、光生空穴對不同2類型污染物的強氧化性、無二次污染等特點，有很大的開發(fā)前景。但在實際應(yīng)用中尚有很多問題。懸浮體系中，存在Ti0催化劑易凝聚、易失火和回收難等缺2點，大大限制了其在水處理方面的應(yīng)用，目前負載Ti0的載體種類非常多，但2厚德博學(xué)求是厚德博學(xué)求是實驗表明，大部分TiO的負載型催化劑的催化性能比單純的TiO催化劑的催化22性能均有不同程度的降低。MCM-41分子篩具有極大的比表面積，可作為高選擇性、高催化行動的催化劑載體。目前以最低制造成本、以最少催化劑消耗量、最短處理時間處理降解制藥、印染、制革、電鍍等行業(yè)排放的大量的對人類生存環(huán)境造成污染，對人類健

5、康構(gòu)成嚴重威脅的廢水，保護人類賴以生存的環(huán)境也是當今科學(xué)研究的熱點之一。因此用TiO催化劑與MCM-41分子篩復(fù)合合成負載型光2催化劑，使兩者協(xié)同作用提高TiO的催化性能。溶膠.凝膠法是目前最常用的2制備負載型TiO催化劑的常用方法。此法無需很復(fù)雜的設(shè)備、工藝比較簡單、2反應(yīng)過程比較容易控制，所制備的負載型TiO光催化劑具有很好的牢固性和化2學(xué)均勻性，可以通過調(diào)整原料配比和制備工藝參數(shù)可以很好地控制面TiO的顆2粒大小、晶體結(jié)構(gòu)、孔結(jié)構(gòu)和比表面積，也可以通過在溶膠中加入不同的無機化合物對催化劑進行改性以提高催化劑的催化活性。一、實驗部分1、實驗藥品：MCM-41分子篩、異丙醇、鈦酸丁酯、去離子

6、水、無水乙醇2、實驗儀器：磁力攪拌器、離心機、干燥箱、馬沸爐、自鎮(zhèn)流熒光高壓汞燈、722s可見光光度計3、實驗步驟：MCM-41分子篩的制備將1gNaoH溶液加入4.3734gCTAB的水溶液中，攪拌15min，將2O.833gTEOS逐滴滴入不斷攪拌的混合溶液中，滴定完成后再攪拌2h(水用量12Og)溶液混合后置于裝有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中放入干燥箱。11OC放置48h。晶化結(jié)束之后抽濾并干燥；將干燥后的產(chǎn)物放入馬沸爐逐步升溫至55OC,焙燒6h，以脫除模板劑，得到MCM-41分子篩。TiO/MCM-41的制備2將1gMCM-41分子篩溶解于17.394ml異丙醇中，1.7394ml鈦酸丁

7、酯逐滴加入上述溶液中攪拌45min，在得到的溶液中緩慢加入17.394ml去離子水，攪拌2h使鈦酸丁酯充分水解。44墜YANSHANUNIVERSITY生成的試樣分別用水、乙醇離心清洗，于80r干燥8h干燥后的試樣在550C下得到負載型光催化劑TiO/MCM-41。24、光催化降解實驗稱取0.04g的TiO/MCM-41，加入到150ml、4mg/L的羅丹明B溶液中，以2450W高壓汞燈為光源，采用722s型可見分光光度計測定羅丹明B溶液的吸光度。其中，羅丹明B溶液最大吸收波長為554nm，脫色率D=(Ao-A)/AoX100%,Ao為光照前試樣的吸光度，A為光照時間為t時試樣的吸光度。二、結(jié)

8、果與討論：1、光催化實驗01008060402002040t(min)60從圖中我們可以看出，在0-10min間，脫色率增加的很快，說明Ti0起至【2吸附作用，當t=60min時，脫色率達到最大，即在t=60min時，吸附性能最好。2、SEM分析圖為TiO/MCM-41負載型光催化劑的掃描電鏡照片。如圖所示，MCM-41分2子篩顆粒呈顆粒狀，大量的堆砌在一起；TiO負載于分子篩外部，負載量較少，2形成較細顆粒，分散較均勻，粒徑約20nm。3、FTIR分析xcecnaTtisnaT10080604020040003600320028002400200016001200800400Wavenumb

9、ers(cm-l)圖為TiO/MCM-41的FT-IR譜圖，范圍為400cm-i到4000cm-i。如圖所示,2厚德博學(xué)求是厚德博學(xué)求是磁4尢唔YANSHANUNIVERSITY厚德博學(xué)求是TiO/MCM-4l在3425cm-i、1630cm-i、1085cm-i、807cm-i和457cm-i處有吸收2峰出現(xiàn)。在3425cm-i、i630cm-i出現(xiàn)的吸收峰分別為吸附水引起的O-H鍵伸縮振動、O-H鍵彎曲振動。說明制備的Ti0/MCM-4i分子篩經(jīng)過干燥和焙燒未能失2去全部水分。其余吸收峰歸因于MCM-4i分子篩的Si-O-Si鍵反對稱伸縮振動（i085cm-i）、對稱伸縮振動（807cm-

10、i）和彎曲振動（457cm-i）。FT-IR譜圖690cm-i附近沒有出現(xiàn)屬于Ti-O-Ti鍵的振動4、XRD分析圖為制備的Ti0/MCM-4i的XRD譜圖。如圖所示，在衍射角20=2.4處出2現(xiàn)了MCM-4i的特征衍射峰，對照標準卡片PDF#4i-i487可知，其特征衍射峰對應(yīng)MCM-4i的（i00）晶面；在衍射角26=25.3，26=37.8，26=48.0，26=54.0，26=55.0，26=62.7，26=68.8，26=70.3，和26=75.i處出一系列的特征衍射峰，其分別對應(yīng)銳鈦礦型Ti0的（i0i）、（004）、（200）、2（i05）、（2ii）、（204）、（ii6）、（

11、220）和（2i5）晶面。上述結(jié)果表明，所制備的樣品為Ti0/MCM-4i。25、TGDTA分析圖為TiO/MCM-41分子篩的TG-DTA曲線。通過TG-DTA分析，考察了所制備2TiO/MCM-41分子篩的熱穩(wěn)定性，樣品在測試前經(jīng)過加熱干燥（低于100C）處2理。在DTA曲線上85C處出現(xiàn)吸熱峰，同時在TG曲線上伴隨質(zhì)量損失，表示吸附于凝膠中的的有機物和水分脫附，在100C時質(zhì)量下降有所減緩，因為經(jīng)過加熱干燥處理，分子篩孔道有機物和水分基本脫除。溫度由100C到300C之間，出現(xiàn)放熱峰，樣品質(zhì)量出現(xiàn)明顯下降，說明除了分子篩中的結(jié)晶水開始揮發(fā)，未反應(yīng)的鈦酸丁酯等有機物分解，分解溫度為281C

12、。而在361C出現(xiàn)的放熱峰，對應(yīng)無定型TiO顆粒發(fā)生轉(zhuǎn)晶反應(yīng)形成銳鈦礦相，同時樣品質(zhì)量損失速率變大,2表明樣品中的有機物深度碳化，分解產(chǎn)物揮發(fā)脫離樣品引起質(zhì)量迅速下降，伴隨大量熱量放出；當溫度超過450C時失重速率有所降低，在500C時樣品吸放熱不明顯，失重量也十分微小，這是因為大部分有機物分解，同時銳鈦礦相已經(jīng)形成，而向金紅石相轉(zhuǎn)晶反應(yīng)還未開始。三、結(jié)論采用溶膠凝膠法制備了不同Ti0擔載量的系列Ti0/MCM41復(fù)合材料，對該22材料進行了表征和降解羅丹明B的光催化性能測試.介孔MCM-41分子篩的添加有效抑制了Ti0銳鈦相向金紅石相的轉(zhuǎn)變以及晶粒的生長，并提高了催化劑的2比表面積和孔體積.在紫外光照下Ti0/MCM41對羅丹明B的光催化降解作用明2顯高于商用TiO(P25)2四、參考文獻1.張靜孫家壽陳金毅劉宇張文蓉陳云累托石/TiO復(fù)合材料的制備及其光2催化性能期刊論文-武漢工程大學(xué)學(xué)報2010(9)李靜誼.劉麗娜.斯琴高娃白圖雅紫外和可見光照射下金屬離子對TiO/沸石2光降解羅丹明B的催化性能影響期刊論文-內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)漢文版)2008