矿物负载型纳米TiO2复合光催化材料的制备及性能研究

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近年来,水资源污染和短缺问题日益突出,对水质的修复保护工作至关重要。纳米TiO2作为一种高效节能的光催化功能材料,在水质修复领域具有广泛的应用前景,但是其悬浮体系存在着难回收、不易分散等缺点,不利于长期使用。负载型纳米TiO2复合材料综合了纳米粒子和负载基体的特性,有望克服以上不足,成为当前国际上研究的热点。天然矿物具有大的比表面积和孔容,吸附性强,化学性质稳定,蕴藏丰富,是一种良好的负载载体。以其作为纳米TiO2的载体,可实现纳米粒子的固定化和水中污染物的靶向富集,提高降解效果。因此,系统研究和探索矿物负载纳米TiO2复合光催化材料的制备及性能,对TiO2光催化技术在水污染修复领域的有效应用具有重要的实际价值和理论意义。本文选取不同孔结构的三种矿物——蒙脱土、海泡石、沸石为载体,采用一种简单易行的粉末烧结法将纳米TiO2颗粒——P25成功负载在矿物载体上,通过TEM、SEM、XRD、UV-Vis、FL等手段对材料进行微结构表征和光催化活性测试。研究表明,矿物的加入能够显著地降低复合光催化剂中纳米TiO2的团聚、增强其在紫外-可见光响应范围内的光吸收强度,从而增强复合体的光催化活性。对比研究了矿物载体种类、纳米TiO2负载量对光催化活性的影响规律,发现90%TiO2/沸石光催化活性最佳。以沸石为载体,系统研究了制备工艺参数中不同热处理、不同研磨方式对TiO2/沸石复合光催化材料性能的影响规律。通过微结构分析和光催化活性实验对比发现球磨、400℃热处理条件下制备的复合材料光催化活性最高。为进一步证实本矿物负载纳米TiO2材料对有机物的光催化降解性能,以亚甲基蓝染料为降解对象,对400℃热处理6h、球磨湿法工艺制备的不同负载配比的TiO2/沸石复合光催化材料进行了单次光催化降解测试以及循环降解测试。研究发现,单次降解试验中,光照时间3h后,复合光催化材料对亚甲基蓝均有良好的降解效果,其中以90%TiO2/沸石降解率最高,达到92%以上。连续循环降解5次后,90%TiO2/沸石复光催化复合材料对亚甲基蓝的最终降解率仍能保持在85%以上。说明制备的矿物复合纳米TiO2光催化材料不仅具有较高的光催化活性,而且寿命较长,性质稳定,可多次重复利用。
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