二氧化錫摻雜二氧化鈦介孔材料的合成及降解直接胡藍5B

劉元武，余新宇，陳富偈

(武漢紡織大學(xué)，湖北 武漢 430200)

二氧化錫摻雜二氧化鈦介孔材料的合成及降解直接胡藍5B

劉元武，余新宇，陳富偈

(武漢紡織大學(xué)，湖北 武漢 430200)

文章以水熱法制備的納米二氧化硅作為硬模板，將按不同質(zhì)量比摻雜的錫(IV)和二氧化鈦通過溶膠-凝膠法包裹在納米二氧化硅表面，后除去二氧化硅模板得到SnO2/TiO2介孔材料。用SEM對介孔材料進行表征，其平均粒徑為4 um，多孔結(jié)構(gòu)。光催化實驗表明：合成的介孔材料在紫外光下對直接湖藍5B有較好的光催化效果，質(zhì)量比95∶5的SnO2/TiO2對染料的催化效果最好，直接湖藍5B 60 min的脫色率達98%，并且錫(IV)含量的不同，會導(dǎo)致SnO2/TiO2介孔材料在避光階段對染料吸附量不同。

納米二氧化硅；摻雜；二氧化錫/二氧化鈦；介孔

1 前言

一直以來，清潔能源的利用和環(huán)境治理深受人們的關(guān)注。如何利用太陽能來優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)也是人們不斷努力的方向，半導(dǎo)體光催化材料的出現(xiàn)，促進了太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如TiO2(二氧化鈦)，CdS，WO3，ZnO等，其中TiO2因其無毒、耐化學(xué)腐蝕、廉價等一系列優(yōu)點成為研究的熱點[1～2]。二氧化鈦是一種寬禁帶的半導(dǎo)體光催化材料[3]，在應(yīng)用時受到諸如光照波長等條件的限制，使得其光催化效率不高。納米尺寸的TiO2材料由于其獨特的小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)及較大的比表面積，對于提高光催化效率有很大幫助[4]。但在實際應(yīng)用中，納米二氧化鈦也存在一些問題，例如在污水處理中，因其尺寸太小，造成光催化劑難以回收。但納米顆粒的堆積可以使材料形成豐富的介孔結(jié)構(gòu)，介孔材料具有比納米顆粒更大的比表面積，而且介孔材料的微觀尺寸比普通納米顆粒的尺寸要大，解決了回收難的問題[5]。另外，二氧化錫也是一種半導(dǎo)體光催化材料，可以在二氧化鈦中摻雜二氧化錫，由于二氧化鈦和二氧化錫的協(xié)同作用，可以降低光生電子-空穴的復(fù)合概率，使得二氧化鈦表面的羥基和水形成大量的羥基自由基[6～8]，提高其光催化活性。本文正是通過提高二氧化鈦的比表面積和摻雜改性材料來提高二氧化鈦的光催化活性。

2 實驗部分

2.1 儀器試劑

試劑：正硅酸四乙酯、鹽酸、正丁醇、硫酸氧鈦、四氯化錫、無水碳酸鈉、亞甲基藍、氫氟酸，以上試劑均為分析純。Pluronic123(P123)分子量5800(Mn)，Aldrich。

儀器：高壓反應(yīng)釜(50 mL)、紫外-可見分光光度計754N、高壓汞燈175 W、日立高新臺式電子顯微鏡TM3030、比表面及孔徑分析儀JW-BK200A。

2.2 實驗方法

2.2.1 復(fù)合材料的合成

納米二氧化硅硬模板(KIT-6)的制備。參照Ryoo等[9]的方法制備了納米二氧化硅。將212 mL去離子水、5.8 g正丁醇和9.5 mL鹽酸混合均勻，得混合溶液A；在圓底燒瓶中，分別加入5.8 g P123和混合溶液A，35 ℃下攪拌至澄清；再加入12 g正硅酸四乙酯，于35℃下反應(yīng)24 h后將懸濁液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中，在110℃油浴中，反應(yīng)2天。然后經(jīng)過濾、水洗、干燥得白色固體。將白色固體置于馬弗爐中，以1.5℃/min的速率加熱至500℃，保溫1 h，即得到KIT-6。

錫(IV)摻雜二氧化鈦介孔材料的合成。將總質(zhì)量為2.52 g的硫酸氧鈦和四氯化錫按不同質(zhì)量比(100∶0，99∶1，95∶5，90∶10，75∶25，50∶50，25∶75)加入到適量水中，室溫下攪拌至溶液澄清。加入0.6 g KIT-6，使其均勻分散于溶液中。調(diào)節(jié)pH至6，溶液中出現(xiàn)白色沉淀，加熱至65℃，反應(yīng)1 h，室溫陳化12 h。沉淀物經(jīng)離心、水洗、干燥后得白色粉末狀固體。將其在馬弗爐中以2℃/min的速率加熱至500℃，保溫1 h。經(jīng)36 mL 4%氫氟酸洗滌后，干燥即得SnO2/TiO2(上述不同比例的復(fù)合物分別用ST-0，ST-1，ST-5，ST-10，ST-25，ST-50，ST-75表示)。

2.2.2 光催化性能測試

取100 mL濃度為50 mg/L的直接湖藍5B溶液于燒杯中，加入0.05 g的SnO2/TiO2介孔材料，避光條件下攪拌30 min，使其達到吸附平衡，然后以175 W的高壓汞燈作為燈源，光源距離液面150 mm，進行光催化降解實驗。定時取樣，用紫外-可見分光光度計測其在最大吸收波長(nm)處的吸光度。光降解效率以直接湖藍5B的脫色率表示。表達式為：

D=(A0-At)/A0×100%

式中：At表示溶液在t時刻的最大波長處的吸光度；A0表示光照前溶液在最大吸收波長處的吸光度。

2.2.3 比表面及孔徑測試

取ST-5樣品置于真空干燥箱中，在80℃下干燥24 h，然后將樣品放入樣品管，在比表面積孔徑測試儀中用氮氣進行吸附，測量其比表面積、孔徑和孔容等一系列數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 SnO2/TiO2的SEM形貌和結(jié)構(gòu)

圖1為二氧化硅和ST-5樣品的SEM圖片。A為二氧化硅，為一個棒狀顆粒，粒徑約為0.5 um，長度為2 um～3 um。B為ST-5，平均粒徑約為4 um，顆粒分散較為均勻。

根據(jù)氮氣(N2)吸附-脫附實驗，ST-5的比表面積125.97 m2/g，平均孔徑為6.523 nm，與比表面積為64.515 m2/g的市售納米二氧化鈦(P25)相比，其比表面積增加了一倍。圖2表明，等溫吸附曲線為IV型曲線(有介孔結(jié)構(gòu)的等溫吸附—脫附曲線，并有滯后環(huán)出現(xiàn)，滯后環(huán)中兩曲線基本平行)，出現(xiàn)H1型滯后環(huán)(吸附—脫附支基本平行，并且兩曲線直立上升或下降，表明孔徑高度一致，孔道連通性好)，說明其具有介孔，是一個介孔材料。在孔徑-孔容微分曲線中，樣品的峰高較高，峰寬較窄，說明其孔徑大小均勻，且孔的數(shù)量較多。

圖1 KIT-6(A)和ST-5(B)的SEM圖

圖2 N2吸附-脫附等溫曲線(A)和孔徑-孔容微分曲線(B)

3.2 光催化活性

圖3 不同質(zhì)量錫(IV)摻雜的SnO2/TiO2的脫色率

4 結(jié)論

4.1 采用模板法制備SnO2/TiO2，平均粒徑約為4 um。氮氣吸附-脫附實驗表明，該復(fù)合物具有介孔，是介孔材料。

4.2 錫(IV)的摻雜對二氧化鈦光催化降解染料有促進作用，其中錫(IV)含量為5%～10%時，復(fù)合物的光催化效果最佳。

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《山東紡織科技》2016年總目錄

·論 壇·

21世紀海南黎族服飾研究動態(tài)

3·44

轉(zhuǎn)杯紡花式紗線的發(fā)展與展望

5·41

嬰兒紙尿褲面層材料的發(fā)展

5·48

噪音污染及吸音材料的發(fā)展

5·51

新媒體環(huán)境下涼山州彝族傳統(tǒng)服飾工藝的傳承

6·35

供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革下的江浙服裝品牌升級對漢派服裝品牌發(fā)展的啟示

6·38

絲光棉服裝產(chǎn)品OEM/ODM企業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)化轉(zhuǎn)型策略

6·46

從中國傳統(tǒng)文化出發(fā)進行中式婚禮服裝品牌核心價值開發(fā)的可行性研究與流程分析

6·49

·紡 紗·

二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計及最優(yōu)化法在轉(zhuǎn)杯紡工藝優(yōu)化上的應(yīng)用

2·11

一種羊絨清梳聯(lián)合機的改進

2·28

絡(luò)筒工序棉結(jié)增長率的控制

2·31

Outlast粘膠纖維與Tencel纖維混紡紗線性能研究

3·4

粘膠纖維/漂白亞麻85/15 11.8 tex賽絡(luò)緊密紡紗的開發(fā)

4·10

基于阻燃面料生產(chǎn)的芳綸紗線生產(chǎn)技術(shù)研究

4·51

雙膠圈牽伸系統(tǒng)的壓力分布函數(shù)

5·1

JWF1211梳棉機濾塵管道氣流優(yōu)化研究

5·18

色紡紗與半精紡紗工藝流程的探討

6·19

·織造·

基于傳統(tǒng)織錦分析的裝飾織物設(shè)計

2·15

防靜電織物的開發(fā)生產(chǎn)實踐

3·10

錦綸/萊卡彈力布的設(shè)計與開發(fā)

3·17

新型冰涼纖維紡織品的開發(fā)

3·27

天絲紡織物生產(chǎn)工藝參數(shù)優(yōu)化

3·30

齊魯傳統(tǒng)文化元素在現(xiàn)代織錦設(shè)計中的應(yīng)用研究

5·45

導(dǎo)濕透氣面料的開發(fā)

6·17

·印染整理·

熱熔膠膜復(fù)合面料固化牢度工藝的研究

1·4

棉織物陽離子改性及艾蒿天然色素染色

1·10

活性染料AEC印花色漿應(yīng)用研究

1·17

淺析紡織中幾種常用的助劑

1·49

活性藍和超級黑對天絲織物染色工藝研究

2·22

純棉織物活性染料低鹽無鹽染色

2·25

超聲波處理對聚苯胺羊毛織物導(dǎo)電性能的影響

3·1

靛藍天然染料對竹炭針織物染色的優(yōu)化工藝探討

3·23

淺析形狀記憶聚合物在面料后整理中的應(yīng)用

3·53

還原染料色拔扎染工藝研究

6·11

·針織·

交通工具用立體經(jīng)編材料的研發(fā)

2·19

防水透氣抗菌多功能復(fù)合面料的開發(fā)

3·8

裝袖對膊羊毛衫編織工藝研究

3·47

負離子改性聚酯纖維混紡針織物對甲醛作用的研究

4·8

·纖維材料·

微膠囊相變調(diào)溫纖維的調(diào)溫性能研究

1·1

水溶性薄荷-PVA纖維的前期制備

1·14

竹纖維制備工藝的研究現(xiàn)狀

1·46

靜電紡絲制備無機納米纖維及應(yīng)用進展

1·52

靜電紡絲玉米醇溶蛋白纖維的研究及應(yīng)用進展

2·50

高性能阻燃纖維的特性與應(yīng)用

3·50

一種制造單向永久磁性纖維的方法

3·56

濕熱處理后牛奶蛋白纖維的拉伸性能及力學(xué)模型研究

4·4

淺談色紡紗用棉纖維的選擇

4·39

水性無溶劑超細纖維干法貼面的探究試驗

4·44

一種高吸濕 抗菌 護膚粘膠纖維的可紡絲性初探

4·54

膠原蛋白提取及其紡絲工藝研究現(xiàn)狀

5·54

精氨酸改性殼聚糖納米纖維膜的制備及其BSA親和吸附性能研究

6·1

聚乙烯亞胺納米纖維的制備及其膽紅素吸附性能研究

6·6

·儀器與檢測·

幾種植物源抗菌粘膠纖維性能的對比研究

1·19

熱處理對腈綸基牛奶蛋白纖維性能的影響

1·22

再生蛋白粘膠纖維的蠕變性能分析

2·1

羽絨耗氧量測試的不確定度評定

2·33

羽毛絨成分分析中主要問題探討

2·37

紡織品淋雨滲透性能檢測關(guān)鍵技術(shù)研究開發(fā)

3·14

銅氨纖維與萊賽爾纖維的定性方法探討

3·32

HPLC-DAD檢測皮革中甲醛含量的不確定度評定

3·35

醫(yī)用非織造布及毛巾吸水性能檢測儀測試技術(shù)研究

4·25

淺析紡織品除臭性能的測定

4·28

基于灰度關(guān)聯(lián)分析的毛型制服面料服用性能與力學(xué)性能關(guān)聯(lián)性的評價

4·46

薄型絲織物縫口紕裂與其物理性能的關(guān)系

5·9

紡織品中甲醛含量超標的危害及控制方法

5·24

織物折皺測試及評價方法研究

6·25

木槳纖維溶解過程分析及溶液表觀粘度測試

6·28

·服裝服飾·

皮革面料服裝的分割線研究

1·25

中華民族文化特色在服裝品牌標志設(shè)計中的應(yīng)用淺析

1·29

廢置服裝再設(shè)計方法探究

1·32

織物的靜態(tài)懸垂性與服裝廓形的相關(guān)性研究

2·8

針織面料服裝的缺陷機理研究

2·42

波西米亞風(fēng)格在品牌服裝中的審美體現(xiàn)

2·45

新藝術(shù)運動下歐洲女性服飾的變革

2·48

女西服兩片袖袖山吃勢疵病的分析與研究

3·41

多層復(fù)合棉布口罩的款式設(shè)計

4·32

面料與粘合襯配伍性研究

4·36

女式智能助眠喚醒睡衣的功能性設(shè)計

5·13

一種翻領(lǐng)模板的手工制作過程解析

5·21

淺析運動裝設(shè)計中時尚性與功能性的結(jié)合

5·27

"現(xiàn)代漢服"款式結(jié)構(gòu)特征研究

5·30

合體裝腰腰頭制版方法探討

6·23

淺析女裝中傳統(tǒng)中西式元素的融合

6·32

·計算機應(yīng)用·

青島市科學(xué)儀器共享平臺建設(shè)實踐問題探討

1·36

基于粒子系統(tǒng)的紋織顆粒泥地的仿真探討

1·39

基于eMTM婚紗定制新模式的研究與實現(xiàn)

1·43

纖維識別中圖像處理技術(shù)的研究與應(yīng)用

3·28

成紗強力預(yù)測模型在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用

4·13

"大數(shù)據(jù)"下存貨清查面臨的挑戰(zhàn)及應(yīng)對思路

4·41

數(shù)字化服裝設(shè)計的發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新研究

5·35

特殊體型服裝網(wǎng)絡(luò)平臺構(gòu)建的分析

5·39

2.5D結(jié)構(gòu)筒狀立體機織物細觀分析及建模

6·41

·其他·

蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備及應(yīng)用

1·7

非織造布復(fù)合植生材料的研究與應(yīng)用分析

2·4

電致動介電高彈聚合物材料研究進展

2·53

可降解聚乳酸膜的研究開發(fā)

3·20

人字型擋水板與W型擋水板的性能對比研究

4·1

針刺機推桿的密封方法

4·16

PU方塊印花地毯翹曲問題解決方法

4·18

非織造布梳理機漏底加工工藝的優(yōu)化

4·23

碳納米管/納米四氧化三鐵聚乙烯復(fù)合板的吸波性能研究

5·5

玻璃纖維/聚苯硫醚復(fù)合煙氣除塵濾料制備

6·14

擊劍運動中影響重劍步法的因素研究

6·52

二氧化錫摻雜二氧化鈦介孔材料的合成及降解直接胡藍5B

6·54

Synthesis and Degradation of Direct Sky Blue 5B by Tin Oxide Doped Mesoporous Titanium Dioxide

LiuYuanwu,YuXinyu,ChenFujie

(Wuhan Textile University,Wuhan 430200,China)

The silica nanoparticles was prepared by hydrothermal as a hard template, different mass ratio of doped tin and titanium oxide were wrapped in the surface of SiO2by sol-gel method.Thenthe SnO2/TiO2mesoporous materials were synthesized by removing the silica template. The SnO2/TiO2were characterized by SEM, the material was a porous structure and the average particle size was about 4 um. Photocatalytic experiment shows that in the mesoporous materials, the mesoporous material have better catalytic degradation effect on direct sky blue 5B, the mass ratio for SnO2/TiO2of 95∶5 had the best effect on the dye, in 60 minute, the decolorization rate of direct sky blue 5B is 98 percent. With different Sn(IV) content, adsorbance capacity of the SnO2/TiO2is different under the condition of lucifuge.

nano silicon dioxide; doping; two tin oxide/titanium dioxide; mesoporous

2016-07-27

湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目(B2015310)

劉元武(1996—)，男，湖北安陸人，學(xué)士。

TS101.3

B

1009-3028(2016)06-0054-03