微波超聲強化銀摻雜TiO2催化劑光催化活性的研究

盧月潔,王 鑫,畢先均

(云南師范大學 化學化工學院，云南 昆明 650500)

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微波超聲強化銀摻雜TiO2催化劑光催化活性的研究

盧月潔,王 鑫,畢先均*

(云南師范大學 化學化工學院，云南 昆明 650500)

在[Bmim]PF6離子液體介質(zhì)中，用溶膠凝膠-微波干燥法制備銀摻雜TiO2光催化劑TiO2-Ag.以甲基橙為有機污染物，用微波超聲組合儀分別在微波(MW)、紫外(UV)、紫外-微波(UV-MW)和超聲-紫外-微波(UT-UV-MW)4種條件下降解甲基橙溶液，考察銀摻雜對催化劑降解甲基橙的影響，以提高催化劑光催化性能.分別用X射線衍射分析(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜分析(EDS)、熱重-差示掃描量熱分析(TG-DSC-DTG)、固體紫外可見分析(Uv-vis)和紅外分析(IR)對TiO2-Ag催化劑進行測試表征.結(jié)果表明，優(yōu)化條件下制備TiO2-Ag催化劑在UV、UV-MW和UT-UV-MW條件下降解甲基橙35 min后，甲基橙的降解率分別為88.05%、93.98%和99.84%；降解甲基橙55 min后，甲基橙的降解率分別為98.79%、99.05%和99.90%.在UT-UV-MW條件下降解25 min后，降解率接近100%.表明TiO2-Ag催化劑具有較高的光催化降解活性，微波超聲協(xié)同作用加快光催化降解反應(yīng)進行.催化劑的結(jié)構(gòu)分析表明，銀摻雜抑制了二氧化鈦晶相的轉(zhuǎn)變，使相變溫度升高，穩(wěn)定性增強；同時，催化劑向可見光區(qū)擴寬了光響應(yīng)范圍，提高了量子效率，從而光催化性能得以提高.

離子液體；銀摻雜；TiO2光催化劑；微波超聲強化；光催化活性

隨著社會不斷的發(fā)展和進步，環(huán)境污染日益嚴重成為了全球性和社會性的問題.愈來愈多人開始關(guān)注，人類迫切的想改善環(huán)境、資源、能源問題，急需要找到一種能夠改變這種現(xiàn)狀的物質(zhì)和技術(shù).TiO2是一種廣泛研究的半導(dǎo)體光催化降解有機和無機污染物的光催化劑.近年來，由于TiO2光催化劑獨特的光電性質(zhì)、化學穩(wěn)定性質(zhì)、成本低、無毒等優(yōu)點，被廣泛運用于環(huán)境污染處理、能量儲存和轉(zhuǎn)換、傳感器、太陽能、鋰電池等方面[1].TiO2本身降解有機或無機污染物的光催化活性不高，但是大量的實驗驗證了摻雜可以提高TiO2降解效率、改善TiO2光催化活性[2-8].摻雜可以分為金屬和非金屬摻雜，在常規(guī)制備方法中，銀的摻雜被認為是可以提高TiO2對可見光響應(yīng)的有效方法之一，銀摻雜能夠在TiO2的表面沉積，使TiO2催化劑在太陽光下降解有機物的效率明顯提高，很多文獻都提到銀摻雜TiO2可以有效的抑制光生電子和空穴的復(fù)合，促進光生電子的轉(zhuǎn)移[9-12].因為銀離子有殺菌效果、銀摻雜可以擴寬光吸收光譜、不容易產(chǎn)生抗藥性，因此通過銀離子摻雜TiO2，不但可以有效阻止光催化反應(yīng)時電子-空穴對的復(fù)合，還可以實現(xiàn)銀離子與納米TiO2的協(xié)同抗菌作用.

超聲化學是超聲學與化學交叉的新興學科，它可以加快反應(yīng)的速度，提高化學反應(yīng)的速度；超聲波具有洞穿力強、無二次污染等優(yōu)點的聲空化效應(yīng)，是一項新型的水處理技術(shù)[13-15]，但是單獨使用超聲處理水污染成本高、耗能高.本課題組曾在微波輻射條件下，考察過不同金屬和非金屬摻雜對TiO2催化性能的影響，得到了較好的實驗結(jié)果[16-21].因此，本文作者在離子液體介質(zhì)中，用溶膠凝膠-微波干燥法制備銀摻雜TiO2光催化劑.以甲基橙作為模擬污染物，用微波-超聲助銀摻雜TiO2催化劑降解甲基橙溶液，考察催化劑的光催化降解活性，通過反應(yīng)條件優(yōu)化獲得制備TiO2-Ag催化劑最佳條件，以進一步提高TiO2催化劑的光催化降解活性.

1 實驗部分

1.1 主要試劑和儀器

試劑：六氟磷酸鉀(AR，張家港市恒吉電子化學有限公司)，溴代正丁烷(CP，國藥集團化學試劑有限公司)，N-甲基咪唑(CP，國藥集團化學試劑有限公司)，鈦酸丁酯(AR，國藥集團化學試劑有限公司)，硝酸銀(AR，阿拉丁試劑)，無水乙醇(AR，天津市風船化學試劑科技有限公司)，濃硝酸(CP，上?；瘜W試劑總廠)，甲基橙(AR，國藥集團化學試劑有限公司)，超純水.

儀器：XH-100A型微波催化合成/萃取儀(北京祥鵠科技發(fā)展有限公司)，XH-300UL電腦微波超聲波組合催化合成儀(北京祥鵠科技發(fā)展有限公司)，美的家用微波爐(廣東美的微波爐制造有限公司)，DZF-6030A型真空干燥箱(上海-恒科科技有限公司)，SX-4-10型高溫箱式電阻爐(長沙市華興電爐廠)，自制光催化裝置-GGZ2300Z型高壓汞燈(上海亞明電器股份公司)，HC-2064高速離心機(科大創(chuàng)新股份有限公司中佳分公司)，722N型可見分光光度計(上海精密科學儀器有限公司).

1.2 銀摻雜二氧化鈦催化劑制備

將一定量N-甲基咪唑和溴代正丁烷置于微波催化合成/萃取儀中，微波功率為500 W條件下反應(yīng)2 h后得到溶液A；將一定量六氟磷酸鉀溶液加入溶液A均勻攪拌一定的時間，得到1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([Bmim]PF6)離子液體；然后，在250 mL燒杯中加入一定量的無水乙醇、離子液體和鈦酸正丁酯得到溶液B.再取一定量的硝酸銀溶液緩慢滴加到溶液B中均勻攪拌1 h，真空抽濾，洗滌后制得銀摻雜TiO2溶膠C.將溶膠C放入微波爐干燥一定時間后，再放入馬弗爐于650 ℃溫度煅燒3 h，即可制得不同銀摻雜量TiO2-Ag光催化劑，置于干燥器中備用.

1.3 催化劑光催化活性測試

TiO2-Ag催化劑光催化活性的測試詳見文獻[16-21].其中紫外光光催化活性測試步驟為：量取50.0 mL濃度為10.0 mg/L甲基橙溶液于250 mL燒杯中，加入0.5 g TiO2-Ag催化劑，分別置于自組裝反應(yīng)儀和電腦微波超聲波組合催化合成儀中進行光催化降解活性實驗.在每種反應(yīng)儀中都分別用紫外光照(UV)、微波輻射(MW)、紫外光照-微波輻射(UV-MW)和超聲振動-紫外光照-微波輻射(將混合溶液先放入超聲機，常溫下超聲振動3 min后再進行降解反應(yīng)，簡寫為UT-UV-MW)4種條件照射一定時間后取樣，離心分離(4 000 r·min-1離心20 min)后，取上層清液，用可見分光光度計在最大吸收波長(462 nm) 處測定其吸光度A.用降解率公式：η= (A0-A)/A0×100%(其中A0和A分別為甲基橙降解前和后的吸光度)計算甲基橙降解率.

1.4 催化劑表征

D8ADVANCE型 X射線衍射儀(德國)檢測TiO2催化劑的晶型結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸，XL30ESEM-TMP型掃描電子衍射顯微鏡(荷蘭)測定TiO2催化劑表面結(jié)構(gòu)及微觀區(qū)域內(nèi)元素含量，STA449F3同步分析儀(德國NETZSCH公司)測定溫度范圍0～1 000 ℃的TG-DSC-DTG曲線，UV-2550型紫外分光光度儀(島津，日本)測定波長范圍340～700 nm的UV-vis譜圖，Ten Sor27型紅外光譜(德國Bruke)測定波數(shù)范圍4 000～400 cm-1的IR譜圖.

2 結(jié)果與討論

2.1 光催化性能

2.1.1 銀摻雜對催化活性的影響

在硝酸銀與鈦酸正丁酯的物質(zhì)的量百分比分別為0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%、離子液體體積3.0 mL、微波干燥功率210 W、微波干燥時間20 min、煅燒溫度650 ℃和煅燒時間3 h條件下，用溶膠凝膠-微波輻射干燥法制備銀摻雜TiO2催化劑TiO2-Ag，并考察其在紫外光照射下的光催化降解活性.圖1是TiO2-Ag催化劑在自組裝高壓汞燈裝置中降解甲基橙的降解率(降解時間50 min).由圖1可知，在紫外光照射下降解50 min后，純TiO2降解率才78.51%，而硝酸銀與鈦酸正丁酯的物質(zhì)的量百分比為0.3%，甲基橙的降解率達到97.80%.銀摻雜使得TiO2對甲基橙的降解率明顯提高，可能原因是銀摻雜可以抑制e-和h+復(fù)合，延長光生電子和空穴壽命[22-23]，同時增加了TiO2在紫外或可見光區(qū)域的吸收，從而提高了催化劑光催化活性.

圖1 銀摻雜量對催化劑光催化活性的影響

2.1.2 微波-超聲強化光催化活性

在電腦微波超聲波組合催化合成儀中，分別在MW、UV、UV-MW和UT-UV-MW 4種降解條件下，考察相同時間內(nèi)TiO2-Ag催化劑光催化降解活性，當降解時間為35 min時，所得結(jié)果圖2所示.

圖2 TiO2-Ag 在MW、UV、UV-MW和UT-UV-MW條件下降解甲基橙的降解率

從圖2可以看出，當只用微波輻射時，甲基橙的降解率極低；在紫外光照射下，甲基橙的降解率提高到88.05%；在紫外光照射和微波輻射同時作用下，甲基橙的降解率進一步提高到93.98%；在超聲振動-紫外光照-微波輻射同時作用下，甲基橙的降解率達到99.90%，甲基橙幾乎達到完全降解，說明超聲振動再加微波輻射可以強化TiO2-Ag催化劑光催化降解甲基橙的活性.可能原因是微波輻射能使TiO2-Ag催化劑表面產(chǎn)生更多的羥基自由基，并能夠抑制光生電子-空穴對的復(fù)合，從而提高催化劑光催化降解活性[21-23].此外，超聲波具有分散效應(yīng)，超聲發(fā)出的高頻振蕩信號能夠在甲基橙溶液中不斷的輻射，催化劑受到?jīng)_擊波后更好地均勻分散在甲基橙溶液中，增加了催化劑與甲基橙的接觸面，從而提高催化劑光催化降解活性.這表明，超聲振動、紫外光照和微波輻射同時作用時，能夠產(chǎn)生疊加效應(yīng).

TiO2-Ag降解甲基橙的降解率要達到97%以上，UV、UV-MW和UT-UV-MW 3種不同降解條件甲基橙降解率與時間的關(guān)系如圖3所示.由圖3可知，當催化劑使甲基橙溶液降解到幾乎透明，降解效果非常明顯時，超聲振動-紫外光照-微波輻射下需要降解時間為25 min，而使用紫外光照-微波輻射降解時間是45 min，單獨使用紫外光照的時間需要55 min.這表明使用超聲振動和微波輻射能夠加速甲基橙溶液降解，甲基橙降解率得以明顯的提高.當甲基橙降解率幾乎相同時，使用超聲振動-紫外光照-微波輻射的時間最短，使用紫外光照-微波輻射時間次之，單獨使用紫外光照的時間最長.

圖3 降解條件對TiO2-Ag光催化活性的影響

2.1.3 反應(yīng)時間對光催化活性的影響

在電腦微波超聲波組合催化合成儀中，分別在MW、UV、UV-MW和UT-UV-MW 4種降解條件下，考察反應(yīng)時間對TiO2-Ag光催化活性的影響，結(jié)果如圖4所示.從圖4可以看出，甲基橙的降解率隨著反應(yīng)時間的延長而升高，MW條件下的降解率始終都不高，當降解時間為45 min時，UV、UV-MW和UT-UV-MW條件下降解率都在90.00%以上；當降解時間為55 min時，UV、UV-MW和UT-UV-MW條件下降解率分別為98.79%、99.05%和99.84%.這表明，甲基橙降解率與時間有著密切關(guān)系，反應(yīng)時間越長降解率越高，并且4種降解條件下，TiO2-Ag對甲基橙降解率大小始終為：UT-UV-MW>UV-MW>UV>MW.這進一步說明，超聲振動、紫外光照和微波輻射能夠產(chǎn)生協(xié)同作用，從而使光催化降解活性得以提高.

圖4 反應(yīng)時間對TiO2-Ag光催化活性的影響

2.1.4 催化劑穩(wěn)定性測試

穩(wěn)定性是評價光催化劑性能的重要指標.將最佳條件制備TiO2-Ag光催化劑在UV降解條件下多次降解甲基橙，每次時間為55 min，將第一次反應(yīng)樣品離心后測其吸光度并計算降解率，除去上層清液后洗滌多次，烘干得第二次反應(yīng)樣品.依次重復(fù)試驗5次，評價TiO2-Ag催化劑的穩(wěn)定性，實驗結(jié)果如表1所示.

表1 TiO2-Ag催化劑穩(wěn)定性測試結(jié)果

Table 1 Results of stability test for TiO2-Ag catalyst

frequency1st2nd3rd4th5thDegradationrate/%98.7998.7798.7498.7098.68

由表1可知，5次反復(fù)重復(fù)試驗后，模擬污染物均還有較高的降解率，并且甲基橙的降解率相差較小，催化劑重復(fù)使用5次后甲基橙降解率為98.68%，說明TiO2-Ag催化劑具有較好的熱穩(wěn)定性.

2.2 X射線衍射分析

純TiO2和摻雜型TiO2-Ag光催化劑XRD譜圖如圖5所示.從圖5可以看出，XRD譜圖與標準銳鈦礦(PDF#86-1157)二氧化鈦中25.32°處最強特征峰相符，分別在25.29°、37.81°、48.03°、53.92°、55.14°、62.73°處出現(xiàn)衍射峰，匹配率的倒數(shù)(FOM)為1.4，說明匹配度非常高.圖譜通過物相檢索鑒定，沒有出現(xiàn)其他雜質(zhì)的衍射峰，所制備樣品為單一晶型的銳鈦礦TiO2.結(jié)合jade5軟件，根據(jù)Scherrer公式：D=Kλ/βcosθ進行估算，TiO2與TiO2-Ag光催化劑的晶粒大小分別為15.4和13.8 nm.銀摻雜后的TiO2樣品的粒徑減小，因此可以通過銀摻雜TiO2來控制催化劑粒徑，防止因催化劑粒徑過大而影響TiO2催化劑的催化效果.并且，結(jié)晶度=衍射峰強度/總強度×100%，在25.86°處TiO2與TiO2-Ag的結(jié)晶度分別為55.43%和51.68%.表明銀摻雜抑制了光催化劑結(jié)晶的完整度，使銳鈦礦相轉(zhuǎn)為金紅石相的溫度提高.依據(jù)布拉格公式和面間距公式可得到無摻雜TiO2晶胞參數(shù)a=b=3.786 nm、c=9.510 nm，銀摻雜TiO2晶胞參數(shù)a=b=3.776 nm、c=9.531 nm，摻入銀后TiO2晶胞參數(shù)沒有明顯變化，說明銀摻雜并沒有引起二氧化鈦晶格的變化，這可能是銀只有少量進入TiO2晶格內(nèi)部而大部分在TiO2表面沉積.

圖5 TiO2與TiO2-Ag光催化劑的XRD譜圖

2.3 掃描電子顯微鏡及能譜分析

圖6是不同放大倍數(shù)下TiO2-Ag催化劑的SEM圖.通過SEM對樣品的形貌進行研究可知，在低放大倍數(shù)(圖6A)下，樣品似尺寸均一球體堆積，但有部分晶體重疊團聚在一起，這由于樣品微波干燥后研磨不夠充分，樣品在煅燒時煅燒區(qū)域的不均勻以及煅燒升溫速率不同導(dǎo)致[24]；在中間放大倍數(shù)下(圖6B)，樣品表面形貌，晶粒分布比較均勻，較好樣品的邊緣像長了毛絨絨的東西，形態(tài)更加清晰；在高放大倍數(shù)下(圖6C)，樣品晶體由許許多多大小均一納米級微小顆粒，緊密排列抱團包裹，團聚程度小，結(jié)晶度好.不管是低放大倍數(shù)還是高放大倍數(shù)，TiO2-Ag的晶型都似球形，且呈現(xiàn)出較好的均一性，這樣使得比表面積變大，與甲基橙溶液更充分接觸，促進光催化反應(yīng)的進行，提高了催化劑光催化活性.

放大倍數(shù): A.30 000 B.60 000 C.120 000.圖6 不同放大倍數(shù)下TiO2-Ag的SEM圖

圖7和表2是對TiO2-Ag催化劑特定的微觀區(qū)域，進行樣品元素分析結(jié)果.TiO2-Ag催化劑選擇的微觀區(qū)域(圖7A)的能譜圖如圖7B所示.

圖7 TiO2-Ag選區(qū)(A)及EDS能譜圖(B)

Table 2 TiO2measurement results of EDS

element質(zhì)量分數(shù)/%原子個數(shù)分數(shù)/%OK28.2554.16TiK71.5145.78AgL0.240.07

從圖7和表2可以看出，催化劑樣品中除了含有Ti和O，還出現(xiàn)少量Ag元素特征峰，這說明銀負載在TiO2上.元素的質(zhì)量分數(shù)是O(25.25%)、Ti(71.51%)、Ag(0.24%)；原子個數(shù)分數(shù)是O(54.16%)、Ti(45.78%)、Ag(0.07%)，被檢測的TiO2-Ag催化劑上Ti元素和O元素總原子個數(shù)分數(shù)接近100%，說明TiO2-Ag催化劑的主要元素為Ti和O，這與XRD的物相分析結(jié)果一致.同時發(fā)現(xiàn)少量Ag元素應(yīng)與實驗中摻雜的硝酸銀有關(guān)，說明在制備TiO2的過程中摻入Ag元素是可行的.除了這3種元素以外沒有其他雜質(zhì)元素，表明制備過程沒有引入雜質(zhì).

2.4 熱重-差示掃描量熱分析

純TiO2和摻雜型TiO2-Ag光催化劑TG-DSC-DTG曲線分別如圖8和圖9所示(以氮氣為凈化氣，升溫速率為10 K/min).

圖8 TiO2的TG-DSC-DTG曲線

圖9 TiO2-Ag的TG-DSC-DTG曲線

從圖8和圖9中TG和DTG曲線可以看出失重有3個階段：第一個階段是從0～150 ℃失重最嚴重，第二個階段是150～350 ℃失重較次，第三個階段是350 ℃以后失重不明顯.從DSC曲線可以看出，從室溫到350 ℃有兩個峰，峰溫分別為100 ℃和230 ℃，在0～150 ℃以下有個較強的吸熱峰，相應(yīng)的在TG曲線上失重嚴重，這是凝膠中水和乙醇的揮發(fā)引起的；在150～350 ℃是放熱峰，峰溫為250 ℃，是制備樣品時前驅(qū)體引入有機物的分解以及粒子表面羥基脫去引起的；在350～450 ℃有個放熱峰，峰溫為390 ℃，對應(yīng)的是板鈦礦TiO2向銳鈦礦型TiO2轉(zhuǎn)變；在660 ℃出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點后變平緩，660～800 ℃的范圍里是吸熱現(xiàn)象，相對應(yīng)的300～800 ℃熱重曲線沒有明顯的質(zhì)量損失，這可能是銳鈦礦相TiO2逐漸向金紅石相轉(zhuǎn)變.TiO2相變的溫度不一致，相變的轉(zhuǎn)變溫度范圍也很寬[25].

將摻雜型TiO2-Ag和純TiO2光催化劑TG-DSC-DTG曲線進行對比發(fā)現(xiàn)，兩者不管是失重變化還是能量變化在相同的溫度范圍內(nèi)變化都不大，但是板鈦礦轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦相的溫度分別為：364和384 ℃，銳鈦礦相轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ъt石相的溫度分別為：650和 700 ℃左右，TiO2-Ag比TiO2的相變溫度都有所增加，Ag的摻雜使相變溫度增加，在適宜的溫度條件下更利于催化劑的光催化活性提高.TiO2-Ag與 TiO2每個階段的失重、能量變化的原因一樣，但是摻雜后催化劑質(zhì)量損失沒有純TiO2嚴重，這說明銀摻雜后催化劑較為穩(wěn)定.

2.5 紫外可見吸收光譜分析

純TiO2粉體和TiO2-Ag粉體紫外可見吸收光譜如圖10所示(波長范圍為340～700 nm).催化劑的光催化活性與光的吸收有著極大關(guān)系，其對光的吸收能力越強，光催化反應(yīng)的活性位點也越高[26].

圖10 純TiO2粉體與銀摻雜粉體UV-vis譜圖

從圖10中可以看出，TiO2-Ag與純TiO2相比，TiO2-Ag在紫外光區(qū)和可見光區(qū)的范圍內(nèi)吸收強度都有不同程度的增強，而且TiO2-Ag粉體強吸收帶有明顯的紅移，吸收波長出現(xiàn)了25 nm的紅移，物質(zhì)電子躍遷能量減少了，禁帶寬度變窄，實驗結(jié)果推測銀摻雜的二氧化鈦光催化劑活性提高是由于銀的摻雜引起.當摻雜銀時，少量Ag進入TiO2晶格，Ag+替代Ti4+引起TiO2晶格缺陷，在TiO2帶隙間產(chǎn)生雜質(zhì)中間能級.因此，TiO2-Ag向可見光區(qū)擴寬了光響應(yīng)范圍，提高了量子效率，從而提高了光催化降解活性.

2.6 紅外光譜分析

純TiO2和摻雜型TiO2-Ag光催化劑紅外光譜如圖11所示.從圖11可以看出，TiO2與TiO2-Ag的譜圖吸收峰大致相同，沒有其他峰出現(xiàn)，這可能是銀摻雜量太少，銀沒有達到檢出限，或者銀在催化劑中沒有形成化學鍵的原因.3 446 cm-1左右寬峰是催化劑表面的羥基伸縮振動引起，1 635 cm-1處為催化劑物理吸水的水峰，1 350 cm-1左右是Ti-OH的特征吸收，550 cm-1附近是Ti-O-Ti的對稱振動.摻雜型TiO2-Ag光催化劑與純TiO2相比， TiO2-Ag催化劑表面具有更多有利于催化劑光催化活性提高的羥基基團，羥基伸縮振動峰更強.紅外光譜顯示，TiO2與TiO2-Ag在經(jīng)過650 ℃高溫煅燒后還有水的存在，這與TG-DSC-DTG分析一致.

圖11 TiO2與TiO2 -Ag的IR譜圖

3 結(jié)論

1)通過優(yōu)化反應(yīng)條件制備TiO2-Ag催化劑具有較高的光催化活性，在UV、UV-MW和UT-UV-MW條件下作用55 min后，甲基橙的降解率分別為98.79%、99.05%和99.84%，表明超聲振動再加微波輻射可以強化TiO2-Ag催化劑光催化降解甲基橙的活性.

2) 催化劑的XRD、SEM和EDS表征表明，最佳條件下制備TiO2-Ag是單一晶型銳鈦礦二氧化鈦，晶粒較小、比表面積大、結(jié)晶度高.銀的摻雜沒有影響二氧化鈦的晶型，少部分進入TiO2體相，大部分在TiO2表面沉積，說明在制備過程中摻入銀是可行的.TG-DSC-TAG分析結(jié)果表明，銀摻雜抑制了二氧化鈦晶相的轉(zhuǎn)變，使相變溫度升高，穩(wěn)定性增強.

3)紫外可見光譜和紅外光譜數(shù)據(jù)表明，銀摻雜TiO2-Ag催化劑向可見光區(qū)擴寬了光響應(yīng)范圍，提高了量子效率；同時，銀摻雜TiO2-Ag催化劑表面具有更多有利于催化劑光催化活性提高的羥基基團，都會使催化劑的光催化性能得以提高.

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[責任編輯：吳文鵬]

Study on the microwave and ultrasonic enhanced photo-catalytic activity of Ag doped TiO2photo-catalyst

LU Yuejie, WANG Xin, BI Xianjun*

(CollegeofChemistryandChemicalEngineering,YunnanNormalUniversity,Kunming650500,Yunnan,China)

Ag doped TiO2photo-catalyst TiO2-Ag was prepared by the sol-gel and microwave drying method in ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate.In order to improve TiO2-Ag photo-catalytic degradation performance, the activity of TiO2-Ag for the degradation of methyl orange as organic pollutants was investigated respectively under the four conditions of microwave(MW) and ultraviolet(UV), microwave-ultraviolet(UV-MW), ultrasonic-ultraviolet-microwave (UT-UV-MW) in the microwave ultrasonic instrument.The X-ray diffraction analysis (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy spectrum analysis(EDS), thermogravimetry-differential scanning calorimetry (TG-DSC-DTG), solid ultraviolet-visible analysis (UV-Vis) and infrared analysis (IR) were used to characterize the structure of the Ag doped TiO2catalyst.The results indicated that the degradation rate of methyl orange was respectively 88.05%, 93.98% and 99.84% under three conditions of UV, UV-MW and UT-UV-MW for the degradation time 35 min.However, the degradation rate of methyl orange could respectively reach 98.79%, 99.05% and 99.90% under three conditions of UV, UV-MW and UT-UV-MW for the degradation time 55 min.In the UT-UV-MW Degradation 25 min lat-er, the degradation rate was nearly 100%.The structure analysis of the catalyst showed that Ag doped TiO2could suppress the variety of titanium dioxide crystal phase transition, resulting in the crystal phase transition temperature increased.Meanwhile, Ag doped TiO2could also broaden the visible region to the light response range and increase quantum efficiency, causing the photo-catalytic performance improved.

ionic liquid；Ag doped；TiO2photo-catalyst；microwave and ultrasound enhancement； photo-catalytic activity

2016-08-12.

國家自然科學基金資助項目(20663007).

盧月潔(1992-), 女, 碩士生, 研究方向為催化化學.*

O643.32

A

1008-1011(2016)06-0748-08