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纳米TiO<,2>光催化降解法具有高效、节能、清洁无毒、催化范围广等优点,可以有效去除水体中多种有机污染物,在水处理研究领域具有广阔的应用前景。然而,TiO<,2>纳米粉末的易失活、易凝聚和难回收以及负载型的TiO<,2>光催化剂在重复使用的过程中容易从载体表面脱落、降解效率低等问题一直难以解决。
本文在国内外的研究基础上,以聚合单体液滴为模板,通过高分子反相悬浮聚合技术和溶胶一凝胶法,成功地制备了聚合物-TiO<,2>复合微球,通过热处理将聚合物分解,得到平均球径几百微米且具有多孔结构的TiO<,2>纳米晶粒微球。再继续通过离子溶液浸渍和高温反应过程,将Sr离子引入TiO<,2>微球中,得到含Sr纳米晶粒TiO<,2>多孔微球。
以常见的XRD、SEM、BET、UV-vis等方法对TiO<,2>多孔微球的物理性能进行了系统表征。FTIR和XRD测试结果表明,所得含Sr二氧化钛多孔微球主要由锐钛型TiO<,2>纳米晶粒组成,辅以少量钛酸锶,晶粒尺寸为42-45nm,SEM可以观察到微球球径为200~500μm,截面呈现蜂窝状孔结构。BET测试显示,球的平均孔径为10nm,并且具有较好的单分散特征,比表面为30-40m<2>/g。UV-vis谱图显示含Sr纳米晶粒TiO<,2>微球的最大光吸收波长较之空白二氧化钛微球红移约50nm。
对含Sr纳米晶粒TiO<,2>微球降解染料和生物大分子溶液的光催化活性、降解效果、影响因素、使用寿命及降解动力学等进行系统研究。实验结果表明,空白微球经过10%硝酸锶溶液浸渍6小时后再500℃高温处理4小时后的4<#>微球具有较好的光催化性能。反应底物溶液的pH值对TiO<,2>多孔微球的吸附和降解性能都有较明显的影响,由光降解机制与实验结果可知,pH=2~4的酸性条件和pH≥10碱性条件有利于催化剂的光催化降解,显示出催化降解效果较好;对于染料溶液,光降解呈零级动力学,而对于生物大分子溶液,光降解反应呈一级动力学;此种大球径、多孔结构的含Sr纳米晶粒TiO<,2>微球易于回收,在多次重复使用的情况下降解效果保持良好。
对含Sr纳米晶粒TiO<,2>多孔微球在自然光弓I发下的光催化降解反应也做了初步研究。结果表明,含Sr微球对三种反应底物反应1小时后的降解率比空白微球提高了2倍左右,说明含Sr微球在自然条件下仍然具有较高的光催化活性,较之空白微球具有更为广阔的实际应用前景。