GOTiO₂的制備及對喹啉光降解研究

趙新月　李雨霏　劉虹

摘 ? 要：通過溶膠—凝膠法制備了TiO2及氧化石墨烯二氧化鈦（GO/ TiO2）粉體，借助X射線衍射、掃描電子顯微鏡以及比表面積分析，對其晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌以及元素組成晶型表征，并用對喹啉的光解效果來評價其對氮雜環(huán)類化合物的光催化性能。實驗結(jié)果表明：制得的TiO2和GO/ TiO2均為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸分別為13.7nm和10.7nm，均達(dá)到納米級;GO/TiO2比純TiO2對喹啉的降解更高，80min后對濃度100mg/L喹啉的光解可達(dá)到26.4%，曝氣后效率更高。

關(guān)鍵詞：二氧化鈦 ?石墨烯二氧化鈦 ?喹啉 ?光催化性能

中圖分類號：X703 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）06（b）-0102-04

Abstract：Titanium dioxide and graphene oxide titanium dioxide （GO/ TiO2） powders were prepared by sol-gel method. The crystal structure， surface morphology and elemental composition of the powders were characterized by X-ray diffraction， scanning electron microscopy and specific surface area analysis. Their photocatalytic properties for nitrogen heterocyclic compounds were evaluated by photodegradation of quinoline. The results show that the prepared TiO2 and GO/ TiO2 have anatase structure， and their particle sizes are 13.7 and 10.7 nm， respectively， reaching nanometer level.The degradation of quinoline of GO/ TiO2 is higher than that of ?pure TiO2. After 80 minutes， the photolysis of 100 mg/L quinoline can reach 26.4%， and the efficiency is higher after aeration.

Key Words： Titanium dioxide; Ggraphene titanium dioxide; Quinoline; Photocatalytic performance

氮雜環(huán)類化合物是煤制氣廢水生化出水中主要的有毒和難降解有機物，典型物質(zhì)有喹啉、吡啶、吲哚及其衍生物等[1]，行業(yè)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)非常嚴(yán)格，需要實現(xiàn)零排放。因此學(xué)者們一直致力于研究出能有效的處理這些難降解且有毒有害的化學(xué)物質(zhì)的方法，光催化降解法備受關(guān)注[2-3]。

TiO2是一種應(yīng)用廣泛的半導(dǎo)體催化材料，具有化學(xué)性穩(wěn)定、光催化效率高等優(yōu)點，但TiO2的禁帶寬度大、易團聚等缺陷限制了它在實際生活中的應(yīng)用[4]。石墨烯是二維片層結(jié)構(gòu)，其巨大的比表面積和高載流子遷移能力，將其與TiO2復(fù)合后，可以減弱TiO2光催化過程中電子和空穴的復(fù)合幾率[5，6]。

本研究以喹啉模擬有機廢水，采用溶膠—凝膠法制備TiO2及GO/ TiO2粉體并對其進行表征，探討兩者對喹啉溶液的光催化性能，以期探究GO/ TiO2催化劑對含氮雜環(huán)污染物的光解效能，為此種催化劑在煤化工廢水的深度處理技術(shù)提供參考。

1 ?實驗部分

1.1 實驗材料和儀器

主要實驗試劑有氧化石墨烯（蘇州碳豐科技有限公司）、鈦酸丁酯、無水乙醇、鹽酸、冰乙醇、喹啉，試劑都為分析純。主要試驗儀器：85-2A型磁力攪拌器，雙光束紫外可見光度計（TU-1901型），電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，395nm-3W LED紫外VU固化燈，TD—3500型X—射線衍射儀，TGL-16G型臺式高速離心機，美國ASAP2020型全自動比表面積和孔隙度分析儀，日本產(chǎn)JSM-7500F型掃描電鏡。

1.2 樣品制備

純二氧化鈦粉體的制備：取20mL鈦酸四丁酯放在100mL燒杯中，在磁力攪拌下分別加入15mL和2.2mL無水乙醇和0.6mL乙酰丙酮，制備得溶液A，攪拌1h。在磁力攪拌下，將17.2mL無水乙醇和2.6mL蒸餾水以及0.2mL濃鹽酸混合均勻，配的溶液B，攪拌0.5h。將B溶液緩慢滴加到A溶液中，得到黃色的溶膠，50min形成粘稠溶膠在室溫下靜止陳化一天得到濕凝膠，于80℃下在真空干燥箱干燥12h，然后研磨成粉末，將粉末放置到馬弗爐中，設(shè)置每30min升溫500℃～4500℃保持6h后停止煅燒。

石墨烯二氧化鈦粉體的制備：以上制備二氧化鈦粉體的過程中，當(dāng)將B溶液緩慢滴加到A溶液中時，再滴加2mL氧化石墨烯，其他過程同上。

1.3 光催化活性

實驗以喹啉溶液為目標(biāo)污染物來考察TiO2及石墨烯二氧化鈦的光催化活性，具體流程為：量取25mL的100mg/L的喹啉溶液倒入燒杯中。然后分別加入制得的TiO2及石墨烯二氧化鈦粉體各0.5g，混合攪拌均勻，采用15W紫外燈作為光源，置于燒杯上方，開始反應(yīng)后每隔20min取樣一次，離心后抽取上層清液，在波長313nm 處測試溶液吸光度。