多孔二氧化鈦/碳的制備及光催化性能研究

摘 要：以二氧化硅作為硬模板，成功制備了含有介孔結(jié)構的二氧化鈦/碳。通過氮氣條件下燒結(jié)，制成了含有大量介孔的二氧化鈦。對其降解亞甲基藍的光催化活性進行研究，結(jié)果表明多孔二氧化鈦/碳具有突出的光催化活性。

關鍵詞：多孔二氧化鈦/碳;光催化性能研究;降解有機物

隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，環(huán)境污染和污水處理問題的解決已經(jīng)刻不容緩。光催化降解污染物，凈化水源是較新型并具發(fā)展?jié)摿Φ奈鬯畠艋夹g[1]。其中二氧化鈦（TiO2）因良好的化學性能、成本低廉、沒有毒性成為熱門被關注的半導體功能材料[2-3]。在多種形貌結(jié)構的二氧化鈦中，介孔結(jié)構的TiO2為樣品提供更大的比表面積，更多的電荷傳輸通道，促進電荷傳輸、表面滲透力強和光的吸收量較大，是很有前景的半導體材料。本研究以水溶性二氧化硅為模板，形成結(jié)構穩(wěn)定的二氧化鈦粉末，然后通過KOH腐蝕掉二氧化硅模板，制備出擁有且結(jié)構穩(wěn)定的介孔二氧化鈦/碳粉末，并對其進行光催化降解有機物的性能測試。

1 實驗部分

1.1 介孔二氧化鈦/碳的制備

稱取0.15g水溶性二氧化硅完全溶于20mL乙醇中。5mL鈦酸四異丙酯緩慢滴加進溶液中，加熱到40℃，攪拌2h。放置到冷卻。然后將產(chǎn)物離心，洗滌，得到白色固體，60℃干燥得到白色粉末。將粉末在爐子中燒結(jié)，燒結(jié)2h得到樣品粉末。將得到的樣品放入3mL的KOH溶液中，70℃，攪拌一天，除去二氧化硅。將樣品用二次蒸餾水洗至pH=7，并于60℃干燥得到所要樣品。

1.2 介孔二氧化鈦/碳的降解亞甲基藍的實驗步驟

介孔二氧化鈦/碳光催化降解亞甲基藍（MB）性能的研究在紫外光為光源的催化反應裝置中進行，具體操作步驟如下：將25 mg的二氧化鈦/碳粉末加入到濃度為80mL，10-4mol/L的MB溶液中，在黑暗處吸附20min后，使用紫外光照射溶液樣品，時間間隔為5min取一次樣，離心后吸取上層溶液，在664nm波長下，利用分光光度計測試溶液吸光強度，從而分析二氧化鈦/碳降解亞甲基藍的活性。

1.3 介孔二氧化鈦/碳的光性能研究

圖1a是二氧化鈦/碳的物相表征譜圖（XRD）。圖中是TiO2的XRD物相圖，與標準TiO2對比，所有峰都與之相匹配，說明我們合成的物質(zhì)是TiO2。圖1b中清晰的看出樣品表面分布著許多介孔。整個物質(zhì)表明呈現(xiàn)出多孔的棉絮狀，并且孔的分布沒有規(guī)律，是雜亂無序的。掃描電鏡譜圖可以表明我們成功制成了具有介孔結(jié)構的二氧化鈦/碳。為了能更清晰的表現(xiàn)出我們樣品的比表面積，我們還測試了不同樣品的BET測試，結(jié)果如表1所示。通過表格數(shù)據(jù)可以看出，對比其他樣品，介孔二氧化鈦/碳的比表面積最大，并且介孔的比表面積也是最大的。

圖2 顯示了不同的樣品所對應的亞甲基藍的降解率，可觀察具有介孔結(jié)構二氧化鈦/碳表現(xiàn)出了更突出的光催化性能，在光照25min后，亞甲基藍完全被降解。普通二氧化鈦/碳只能降解80%左右，商業(yè)的P25在25 min后，僅能降解50%，我們制備的具有介孔結(jié)構二氧化鈦/碳呈現(xiàn)出了超強的優(yōu)勢，具有更高的性能。二氧化鈦/碳表現(xiàn)出高的活性取決于介孔結(jié)構帶來的較高的比表面積和較多的孔徑通道，這使二氧化鈦能更充分與亞甲基藍分子相接觸，并且允許更多的光通過孔道進入到二氧化鈦的內(nèi)部。通過實驗可以得出介孔結(jié)構的二氧化鈦/碳能更快的分解亞甲基藍溶液。

綜上所述，以水溶性二氧化硅為模板，成功制備出了比表面積較大的，具有穩(wěn)定的介孔結(jié)構的二氧化鈦/碳粉末。二氧化鈦/碳粉末是具有棉絮狀的多孔結(jié)構，比表面積高達105.2m2/g-1。對其進行光催化降解有機物的性能的測試。研究表明在紫外光下，亞甲基藍溶液被介孔二氧化鈦快速降解，是商業(yè)P25降解速率的2倍，具有突出的光催化活性。因此，所制備的材料可以應用于含有有機污染物的廢水處理中。

參考文獻：

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[2]李玉儒，吳世照，劉靜袆，高靜，李國華.常壓水解法制備二氧化鈦/碳納米管復合材料及其電催化性能[J].硅酸鹽學報，2019，47（05）：685-691.

[3]韓景頌.雙介孔二氧化鈦—碳微球的可控制備與性能優(yōu)化研究[D].南昌：南昌航空大學，2018.

作者簡介：

楊財君（1997- ），男，本科，化學工程與工藝，湖南城市學院。