Fe2O3TiO2負(fù)載膨脹珍珠巖光催化降解羅丹明B

周顏霞， 甘小蓉， 薛紅波， 韓書(shū)文， 侯建華,2， 封 克,2， 王小治,2*

1.揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 揚(yáng)州 225127 2.江蘇省有機(jī)固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心， 江蘇 南京 210095

Fe2O3TiO2負(fù)載膨脹珍珠巖光催化降解羅丹明B

周顏霞1， 甘小蓉1， 薛紅波1， 韓書(shū)文1， 侯建華1,2， 封 克1,2， 王小治1,2*

1.揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 揚(yáng)州 225127 2.江蘇省有機(jī)固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心， 江蘇 南京 210095

為獲得高效催化活性的光催化材料，研究不同煅燒氛圍對(duì)材料在可見(jiàn)光下催化性能的影響，以膨脹珍珠巖(EP)為載體，采用溶膠-凝膠法，在不同煅燒氛圍(O2和或NH3)下制備Fe2O3TiO2負(fù)載EP的光催化復(fù)合材料〔Fe2O3-TEP(O2)、Fe2O3-TEP(NH3)、Fe2O3-TEP(O2,NH3)、Fe2O3-TEP(NH3,O2)〕，采用EDS(X-射線色散能譜)、BET(比表面積及孔徑分析)、XRD(X射線衍射)、SEM(掃描電子顯微鏡)、XPS(X射線光電子能譜)等對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行表征，并研究了其在可見(jiàn)光下對(duì)羅丹明B的光催化降解效果. 結(jié)果表明：①?gòu)?fù)合材料成功負(fù)載了Ti、Fe元素，負(fù)載的TiO2以銳鈦礦型存在，F(xiàn)e2O3的摻雜增強(qiáng)了TiO2對(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)能力；②不同的煅燒氛圍明顯影響復(fù)合材料的晶粒尺寸、比表面積和光催化性能，其中，F(xiàn)e2O3-TEP(O2,NH3)的光催化性能最好，4 h 后羅丹明B降解率達(dá)到87.59%，F(xiàn)e2O3-TEP(NH3,O2)、Fe2O3-TEP(O2)和Fe2O3-TEP(NH3) 4 h后對(duì)羅丹明B的降解率則分別為65.02%、62.48%和47.48%；③在試驗(yàn)條件下，復(fù)合材料的光催化反應(yīng)符合一階反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，F(xiàn)e2O3-TEP(O2,NH3)、Fe2O3-TEP(NH3,O2)、Fe2O3-TEP(O2)和Fe2O3-TEP(NH3)相應(yīng)的降解速率常數(shù)分別為0.008 3、0.004 3、0.004 3和0.002 7 min-1. 研究顯示，通過(guò)溶膠-凝膠法所制備的復(fù)合材料(Fe2O3-TEP)經(jīng)煅燒后所得礦相均一；Fe2O3摻雜TiO2可形成Ti—O—Fe 鍵，減小TiO2固有的禁帶寬度；復(fù)合材料光催化性能也受到煅燒氛圍的影響，先O2后NH3煅燒條件下所得材料的光催化性能最佳.

Fe2O3； TiO2； 煅燒氛圍； 光催化； 羅丹明B

許多有機(jī)染料有毒、致癌，在工業(yè)廢水中大量存在，對(duì)人體健康和環(huán)境污染控制造成重大威脅[1]. 染料污染物通常對(duì)生物降解具有抵制性，而傳統(tǒng)的物理化學(xué)技術(shù)(混凝、活性炭吸附、萃取、超濾、反滲透)只是將染料從液體變成固體廢物[2]，不能徹底將污染物降解. 羅丹明B(堿性紫10)易溶于水、不易揮發(fā)，采用傳統(tǒng)的物化或生化法難以處理[3]，光催化技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在染料廢水處理方面日益受到重視[4].

光催化技術(shù)處理廢水中有機(jī)污染物主要是通過(guò)強(qiáng)氧化自由基與污染物發(fā)生取代、電子轉(zhuǎn)移等作用，最終生成CO2、H2O及無(wú)機(jī)非金屬離子等[5]. TiO2作為一種高穩(wěn)定性、超親水性、毒性低和成本低[6-7]的光催化劑，經(jīng)常被應(yīng)用于羅丹明B[8]、亞甲基藍(lán)[9]、苯酚[10]等有機(jī)污染物的處理；但低量子效率、選擇性吸附、光譜響應(yīng)范圍小、固化條件嚴(yán)格、易混凝和失活[11-14]等缺點(diǎn)限制了TiO2的廣泛應(yīng)用，為提高催化活性，人們采用貴金屬沉積、半導(dǎo)體復(fù)合、金屬離子摻雜等方法[15]對(duì)TiO2進(jìn)行改性，將其吸收光波長(zhǎng)向可見(jiàn)光區(qū)拓展. TiO2禁帶寬度為3.2 eV；Fe2O3的平帶電位為0.32 V〔vs.NHE(標(biāo)準(zhǔn)氫電極)〕、禁帶寬度為2.2 eV[16]，在TiO2表面摻雜Fe2O3有利于提高光催化效率. 粉末狀光催化劑(Fe2O3TiO2)在降解廢水中有機(jī)污染物時(shí)存在難分離和易聚集的缺點(diǎn)，既影響光催化性能又不利于回收再利用；EP(膨脹珍珠巖)是低容重、多孔狀材料，具有無(wú)毒、耐酸堿、吸附性強(qiáng)等[17]特點(diǎn)，表面存在大量的硅醇基和硅醚基，易與TiO2形成牢固的Ti-O-Si鍵，所以將Fe2O3TiO2負(fù)載于EP表面，制備漂浮型光催化材料.

近年來(lái)，單一煅燒氛圍對(duì)TiO2結(jié)構(gòu)性能影響的研究日益增加，Petala等[18]將TiO2在氨氣和空氣兩種氛圍下分別煅燒，并將其理化性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行比較；Palanisamy等[19]將Fe2O3-TiO2復(fù)合材料在氮?dú)夥諊赂邷?400 ℃)煅燒6 h以打開(kāi)閉塞孔道；Robben等[20]將采用簡(jiǎn)易一鍋模板法合成的TiO2分別在空氣、N2以及N2H2氛圍下煅燒，研究不同條件對(duì)樣品晶粒尺寸的影響；Slimen等[21]研究了兩種煅燒氛圍(空氣、N2)對(duì)TiO2AC在紫外光和可見(jiàn)光下的光催化性能. 但復(fù)合煅燒氛圍對(duì)TiO2光催化性能的研究還處于初步階段，WANG等[22]先將材料置于空氣氛圍下高溫(600 ℃)煅燒2 h再在氨氣氛圍下高溫(600 ℃)煅燒4 h，可以在TiO2基體上摻雜N以有效阻止光生電子和空穴的瞬間重組. 迄今為止，對(duì)于不同煅燒氛圍對(duì)材料的光催化性能影響的研究還很缺乏. 為此，該文在不同煅燒氛圍下(O2和或NH3)制備Fe2O3TiO2負(fù)載EP的光催化復(fù)合材料，研究復(fù)合煅燒氛圍下材料在可見(jiàn)光條件下的光催化性能的影響，為制備高性能的催化材料提供理論依據(jù)和參考.

1 材料與方法

1.1 試劑

FeCl3·6H2O、油酸、月桂醇、無(wú)水乙醇、丙酮用于Fe2O3制備. TTIP(鈦酸四異丙酯)、乙醇、乙酸用于TiO2制備. 所有試劑采購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，均為分析純.

1.2 EP的表面刻蝕

清洗：選取10～20目(0.85～2.00 mm)的EP，用1∶4(體積比)的硝酸和去離子水清洗至中性，再超聲處理30 min，在80 ℃下烘干.

1.3 Fe2O3制備

將0.324 g FeCl3·6H2O溶解于2 mL油酸，形成混合物A；將A置于100 mL玻璃器皿中強(qiáng)烈攪拌，再加入80 mL月桂醇，形成混合物B；將B轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)釜，在180 ℃(500 W)下反應(yīng)30 min；然后降溫，離心收集樣品；再用無(wú)水乙醇及丙酮洗滌，超聲，離心.

1.4 光催化復(fù)合材料制備

O2氛圍下煅燒10 min制得TEP(O2)和TEP-W(O2)；O2氛圍下煅燒5 min，自然冷卻至室溫，再NH3氛圍下煅燒5 min制得TEP(O2,NH3)5；O2氛圍下煅燒10 min，自然冷卻至室溫，再NH3氛圍下煅燒10 min 制得TEP(O2,NH3)10.

Fe2O3-TEP：7 mL TTIP攪拌分散至10 mL無(wú)水乙醇溶液獲得溶液E；將1.3節(jié)制備的Fe2O3分散于4 mL去離子水，加入6.5 mL乙酸振蕩混合得到溶液F；取一定量的EP加入溶液E，攪拌均勻后，逐滴加入溶液F，形成凝膠；在室溫下老化24 h，80 ℃干燥，最后在O2和或NH3氛圍下，450 ℃(升溫速率為5 ℃min)煅燒.

O2氛圍下煅燒10 min制得Fe2O3-TEP(O2)；NH3氛圍下煅燒10 min制得Fe2O3-TEP(NH3)；O2氛圍下煅燒10 min，自然冷卻至室溫，再NH3氛圍下煅燒10 min制得Fe2O3-TEP(O2,NH3)；NH3氛圍下煅燒10 min，自然冷卻至室溫，再O2氛圍下煅燒10 min制得Fe2O3-TEP(NH3,O2).

1.5 復(fù)合材料光催化性能測(cè)試

通過(guò)可見(jiàn)光條件下降解羅丹明B的效果來(lái)評(píng)價(jià)復(fù)合材料的光催化性能. 光催化試驗(yàn)在光催化反應(yīng)儀(南京胥江，XPA系列)中進(jìn)行，采用500 W氙燈模擬可見(jiàn)光，溶液體積為50 mL，催化劑投加量為 0.1 g，初始ρ(羅丹明B)為10 mgL，每隔一段時(shí)間取一定體積的反應(yīng)液，離心后取部分上清液，在紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)(島津UV-2450)553 nm處測(cè)定其吸光度. 根據(jù)吸光度計(jì)算降解脫色率(a)：

a=(A0-A)A0×100%

式中，A0與A分別為光照前及反應(yīng)過(guò)程中溶液的吸光度.

1.6 材料表征

采用EDS(Noran X-射線能量色散能譜儀)進(jìn)行元素分析；比表面積及孔徑分布采用美國(guó)ASAP-2460進(jìn)行Brunauer-Emmett-Teller(BET)測(cè)試；粉末晶體結(jié)構(gòu)采用德國(guó)Bruker AXS D8 Advance多晶X射線衍射儀(Cu Kα radiation at 40 kV and 40 mA)獲得XRD(X射線衍射)數(shù)據(jù)；微觀形貌采用日本日立S-4800Ⅱ獲得場(chǎng)發(fā)射SEM(掃描電子顯微鏡)結(jié)果；采用ESCALAB 250Xi X光電子能譜儀進(jìn)行XPS(X射線光電子能譜)分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 元素分析

表1為TEP-W(O2)和TEP(O2)兩種材料的元素含量分析表. 由表1可見(jiàn)，在經(jīng)過(guò)NaOH刻蝕的膨脹珍珠巖(EP)表面負(fù)載TiO2，材料中C、O和Ti 3種元素的含量均有不同程度的增加，表明NaOH刻蝕可以增加材料中Ti、O含量.

表1 TEP-W(O2)和TEP(O2)的元素含量分析

2.2 比表面積(BET)分析

復(fù)合材料的比表面積、孔尺寸和孔體積等如表2所示. 由表2可見(jiàn)，EP經(jīng)過(guò)Fe2O3TiO2的負(fù)載，復(fù)合材料比表面積和孔體積均顯著增大，孔尺寸均減小，這可能是Fe2O3TiO2進(jìn)入孔道所導(dǎo)致；經(jīng)負(fù)載以及O2和或NH3煅燒后復(fù)合材料之間的孔尺寸和孔體積大小有差異但不明顯，該結(jié)果與BJH吸附孔徑分布結(jié)果一致. 其中Fe2O3-TEP(NH3)的比表面積為49.594 7 m2g，顯著大于其他煅燒條件下的復(fù)合材料，這可能是由于氧氣氛圍加速TiO2晶粒成長(zhǎng)和燒結(jié)，導(dǎo)致復(fù)合材料比表面積減小，而純氨氣煅燒時(shí)N元素的摻雜使得集聚分散，可以有效擴(kuò)大比表面積[8]所致.

圖1 合成材料的氮?dú)馕矫摳降葴鼐€和BJH孔徑分布曲線Fig.1 Nitrogen adsorption-desorption isotherm and BJH corresponding pore size distribution curve of synthetic samples

材料比表面積∕(m2∕g)孔徑∕nm孔容∕(cm3∕g)Fe2O3-TEP(O2)25.94706.40100.0415Fe2O3-TEP(NH3)49.59474.71170.0584Fe2O3-TEP(O2,NH3)24.03566.67950.0401Fe2O3-TEP(NH3,O2)26.98656.79520.0458TEP(O2,NH3)1039.12767.81860.0765TEP(O2,NH3)541.92076.78390.0711TEP113.95322.60270.0741EP2.161415.73960.0085

2.3 XRD分析

從衍射峰(101)(004)(200)(見(jiàn)圖2)可以看出，7種材料都屬于銳鈦礦型TiO2. 圖2中并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的Fe2O3衍射峰，并且Fe2O3與TiO2的摩爾比僅為0.025，可以推測(cè)Fe2O3含量低[23]、粒徑小[24]，以微晶形式[25]在表面分散均勻而難以檢測(cè).

圖2 合成材料的XRD圖Fig.2 XRD patterns for synthetic samples

根據(jù)JADE(圖譜分析軟件)所得TEP、TEP(O2,NH3)5、TEP(O2,NH3)103種材料的平均晶粒尺寸分別為6.9、8.6、10.4 nm，表明晶粒尺寸隨著高溫煅燒時(shí)間的增加而變大；Fe2O3-TEP(O2)、Fe2O3-TEP(NH3)、Fe2O3-TEP(O2,NH3)和Fe2O3-TEP(NH3,O2)的平均晶粒尺寸分別為12.3、10.1、13.1和12.9 nm，表明純NH3氛圍下煅燒可使材料尺寸減小.

2.4 SEM形貌分析

由圖3可見(jiàn)，EP表面孔分布不均勻；TEP(O2,NH3)10表面有規(guī)則的圓形顆粒，是TiO2負(fù)載的緣故;Fe2O3呈現(xiàn)的圓形顆粒尺寸在20～30 nm之間；Fe2O3-TEP(O2,NH3)的表面不平整，凸起更明顯，表明Fe2O3成功負(fù)載于TEP表面.

圖3 EP、TEP(O2,NH3)10、Fe2O3和Fe2O3-TEP(O2,NH3)的SEM圖Fig.3 Typical SEM images of EP,TEP(O2,NH3)10,Fe2O3,Fe2O3-TEP(O2,NH3)

圖4為Fe2O3-TEP(O2,NH3)的EDS元素分布圖，由圖4可明顯看出，O、Ti、Fe等元素均勻地分布在復(fù)合材料表面，證實(shí)復(fù)合材料中TiO2和Fe2O3的存在，各元素的摩爾比〔n(O)∶n(Ti)∶n(Fe)〕為1∶0.12∶0.006，其中n(Fe2O3)∶n(TiO2)為0.025.

圖4 Fe2O3-TEP(O2,NH3)的EDS掃描能譜分析的元素面分布Fig.4 EDS maps of Fe2O3-TEP(O2,NH3)

2.5 X射線光電子能譜(XPS)分析

圖5為Fe2O3-TEP(O2,NH3)的X射線光電子能譜圖. 由圖5可見(jiàn)，C 1s、O 1s、Si 2p、Ti 2p分別在284.87、531.54、103.21和459.05 eV處出峰. 由XPS數(shù)據(jù)得到Fe2O3-TEP(O2,NH3)樣品中Ti 2p的原子濃度為12.21at%.

圖5 Fe2O3-TEP(O2,NH3)的X射線光電子能譜圖Fig.5 XPS spectra of Fe2O3-TEP(O2,NH3)

2.5 材料光催化活性分析

在可見(jiàn)光條件下復(fù)合材料對(duì)羅丹明B的降解率如圖6所示. 從圖6可見(jiàn)，F(xiàn)e2O3TiO2負(fù)載膨脹珍珠巖降解羅丹明B的效率明顯高于純Fe2O3材料；其中，F(xiàn)e2O3-TEP(O2,NH3)材料效果最好，4 h后羅丹明B的降解率為87.59%，顯著高于TEP(O2,NH3)10的59.74%；Fe2O3-TEP(NH3,O2)、Fe2O3-TEP(O2)和Fe2O3-TEP(NH3)4 h 后的降解率分別為65.02%、62.48%和47.48%，而Fe2O3處理羅丹明B的效果僅為9.32%.

圖6 不同光照降解時(shí)間處理水中羅丹明B的降解Fig.6 Analysis on the degradation of Rhodamine B in water with different illumination time

表3為圖6的一階動(dòng)力學(xué)參數(shù)，經(jīng)光催化降解后羅丹明B的濃度變化〔ln(C0C)〕與時(shí)間(t)符合一階動(dòng)力學(xué)方程. 材料Fe2O3-TEP經(jīng)O2和或NH3在不同條件下煅燒后對(duì)羅丹明B的降解速率明顯優(yōu)于未煅燒的Fe2O3材料，其降解速率至少提高10倍以上；其中，F(xiàn)e2O3-TEP(O2,NH3)的K(降解速率常數(shù))最高，達(dá)0.008 3 min-1，是Fe2O3的20.75倍，同時(shí)也顯著高于其他處理.

圖7顯示了在光照條件以及Fe2O3-TEP(O2,NH3)作用下，羅丹明B的吸光度隨時(shí)間的變化. 在光照240 min之后，羅丹明B的吸光度大幅下降，僅為0.3左右. 吸光度的快速下降表明材料對(duì)羅丹明B的降解有高效的光催化氧化性能[23].

表3 不同材料可見(jiàn)光照射條件下對(duì)羅丹明B的一階動(dòng)力學(xué)參數(shù)

注：C0和C分別為初始和t時(shí)刻ρ(羅丹明B)，mgL；t為半衰期.

圖7 Fe2O3-TEP(O2,NH3)降解羅丹明B的紫外可見(jiàn)吸收光譜Fig.7 The UV-Vis absorption spectrum of Rhodamine B by Fe2O3-TEP(O2,NH3)

3 討論

在光催化反應(yīng)中光生電子和空穴的分離效率起重要作用[30]. 純TiO2的VB(價(jià)帶)和CB(導(dǎo)帶)分別由O 2p、Ti 3d構(gòu)成[31]，VB(O 2p)和CB(Ti 3d)之間的禁帶寬度為3.2 eV，只能吸收太陽(yáng)光譜中4%的太陽(yáng)光[32]. TEP(O2,NH3)104 h后對(duì)羅丹明B的降解率為59.74%(見(jiàn)圖6)，但合成的新材料Fe2O3-TEP由于Fe2O3TiO2異質(zhì)結(jié)的存在，F(xiàn)e2O3和TiO2的Fermi能級(jí)[33]調(diào)整平衡，相同條件下，F(xiàn)e2O3-TEP(O2,NH3)對(duì)羅丹明B的降解率為87.59%，即在可見(jiàn)光下，F(xiàn)e2O3價(jià)帶電子容易被激發(fā)到導(dǎo)帶，價(jià)帶中留下空穴，TiO2的價(jià)帶電子進(jìn)入Fe2O3的空穴. Fe2O3和TiO2價(jià)帶之間的電子運(yùn)輸增加了電子-空穴的復(fù)合時(shí)間[16]，是提高光催化活性的有效辦法.

TiO2光催化性能也受到煅燒氛圍的影響. 在氧氣氛圍中煅燒可以使TiO2充分氧化[34]，表面被羥基化，提高結(jié)晶度，降低缺陷，完善晶體結(jié)構(gòu)從而有利于光催化中光生載流子的轉(zhuǎn)移；氨氣在高溫下具有強(qiáng)還原性，由N1s分峰擬合得出N會(huì)取代部分O的位置，形成O—Ti—N鍵，進(jìn)一步縮小TiO2的禁帶寬度，提高光催化效率[35].

該研究制備的Fe2O3-TEP(O2,NH3)光催化性能最佳，在可見(jiàn)光照射下羅丹明B最大降解率為87.59%，顯著高于鞠春華等[36]制備的Fe2O3TiO2負(fù)載陶砂在紫外條件下對(duì)RhB的最大降解率(50%). 閆磊磊等[37]采用靜電紡絲技術(shù)和水熱法制備的Fe2O3TiO2異質(zhì)結(jié)在可見(jiàn)光條件下對(duì)RhB的最大降解量為9.48 mgg，該文中Fe2O3-TEP(O2,NH3)的最大降解量為4.38 mgg，根據(jù)復(fù)合材料制備比例將EP部分扣除后，F(xiàn)e2O3TiO2異質(zhì)結(jié)的最大降解量為10.75 mgg. 究其原因： ①膨脹珍珠巖經(jīng)過(guò)NaOH刻蝕，增加了納米TiO2的包覆量(見(jiàn)表1)[38]；②Fe2O3的摻雜在Fe2O3TiO2界面形成Ti—O—Fe鍵，F(xiàn)e2O3的Ecb(導(dǎo)帶能級(jí))為0.5 eV (vs. NHE，pH=0)，而TiO2的Evb(價(jià)帶能級(jí))為2.9 eV (vs. NHE，pH=0)，二者能量差約為2.4 eV[39]，可以減小TiO2固有的禁帶寬度，使其吸收光范圍拓展至可見(jiàn)光區(qū)；③先在O2氛圍中高溫煅燒，TiO2晶粒成長(zhǎng)和燒結(jié)，使得晶粒尺寸(見(jiàn)表2)變大，導(dǎo)致氧化過(guò)程不完全，從而產(chǎn)生TiO2深層氧空位[40]，隨后在NH3氛圍中煅燒，更容易在材料中摻雜氮，形成獨(dú)立的窄的N 2p能帶[41]，使TiO2在可見(jiàn)光下活性增強(qiáng).

4 結(jié)論

a) 以膨脹珍珠巖為載體，采用溶膠-凝膠法成功制備了Fe2O3TiO2負(fù)載EP的光催化復(fù)合材料，經(jīng)450 ℃煅燒后具有單一的銳鈦礦相.

b) Fe2O3摻雜TiO2可形成Ti—O—Fe鍵，減小TiO2固有的禁帶寬度，將其吸收光波長(zhǎng)向可見(jiàn)光區(qū)拓展，在O2和或NH3氛圍下煅燒進(jìn)一步優(yōu)化光催化性能，提高其對(duì)羅丹明B的降解率，符合一階反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程.

c) 不同煅燒氛圍對(duì)復(fù)合材料的光催化性能影響較大，結(jié)果表明先O2后NH3煅燒條件下所得材料的光催化性能最佳，4 h后0.1 g Fe2O3-TEP(O2,NH3)對(duì)50 mL、10 mgL羅丹明B的降解率達(dá)87.59%.

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PhotocatalyticDegradationofRhodamineBbyFe2O3TiO2CoatedExpandedPerlite

ZHOU Yanxia1, GAN Xiaorong1, XUE Hongbo1, HAN Shuwen1, HOU Jianhua1,2, FENG Ke1,2, WANG Xiaozhi1,2*

1.College of Environmental Science and Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225127,China2.Jiangsu Collaborative Innovation Center for Solid Organic Waste Resource Utilization, Nanjing 210095, China

In order to obtain photocatalytic materials with better catalytic activity and study the influence of different calcination atmosphere on photocatalytic properties of materials under visible light, expanded perlite was used to support nano Fe2O3TiO2photocatalysts (Fe2O3-TEP (O2), Fe2O3-TEP(NH3), Fe2O3-TEP(O2, NH3) and Fe2O3-TEP(NH3, O2)). The nanocomposites were calcinated in oxygen andor ammonia atmosphere. The as-prepared materials were characterized by X-ray dispersive spectrometer (EDS), specific surface area and pore size analyzer (BET), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The photocatalytic degradation of Rhodamine B (RhB) was examined with visible light irradiation. The results confirmed that both anatase and Fe oxides were present in the nanocomposites. The batch catalytic experiment revealed that the Fe2O3increased photolytic capacity of TiO2under visible light exposure. The calcination conditions greatly affected the crystallite size, specific surface area and the photocatalytic properties of the as-prepared materials. The calcination with oxygen and ammonia yielded the most capable catalyst, with a highest degradation rate of 87.59% after 4 hours. The results of Fe2O3-TEP(NH3, O2), Fe2O3-TEP(O2) and Fe2O3-TEP(NH3) were 65.02%, 62.48% and 47.48%, respectively. The RhB degradation followed the first order kinetic model under experimental conditions, and the corresponding degradation rate constants of Fe2O3-TEP(O2,NH3),Fe2O3-TEP(NH3,O2),Fe2O3-TEP(O2) and Fe2O3-TEP(NH3) were 0.0083, 0.0043, 0.0043 and 0.0027 min-1, respectively. This study showed that the composites (Fe2O3-TEP) prepared by sol-gel method were anatase after calcination. Fe2O3doped TiO2formed Ti-O-Fe bond narrowed band gap of TiO2. The photocatalytic property of composites was also affected by the calcination atmosphere;the optimum condition for calcination was O2followed by NH3.

Fe2O3; TiO2; calcination atmosphere; photocatalysis; Rhodamine B

2017-04-17

2017-08-23

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51602281)；江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃-社會(huì)發(fā)展項(xiàng)目(BE2015661)；江蘇省環(huán)境材料與環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目

周顏霞(1993-)，女，江蘇儀征人，1956277081@qq.com.

*責(zé)任作者，王小治(1975-)，男，江蘇新沂人，教授，博士，博導(dǎo)，主要從事有機(jī)固廢資源化利用、污染環(huán)境修復(fù)研究，xzwang@yzu.edu.cn

周顏霞,甘小蓉,薛紅波,等.Fe2O3TiO2負(fù)載膨脹珍珠巖光催化降解羅丹明B[J].環(huán)境科學(xué)研究,2017,30(12):1961-1969.

ZHOU Yanxia,GAN Xiaorong,XUE Hongbo,etal.Photocatalytic degradation of rhodamine B by Fe2O3TiO2coated expanded perlite[J].Research of Environmental Sciences,2017,30(12):1961-1969.

X51

1001-6929(2017)12-1961-09

A

10.13198j.issn.1001-6929.2017.03.29