正在加载图片...
.626 北京科技大学学报 2006年第7期 射峰面积，0.884是散射因子， Ti02粉末粒径d计算公式： d=0.89λ/Reos0 (3) 式中，入为X射线的波长，B为XRD衍射峰的半 宽高，0为布拉格角 ·金红石型 1一气体流量计；2一进气阀门；3一玻璃反应器：4一搅拌磁 P AA 悦仗 6 子；5-磁力搅拌器：6-气体检测瓶：7-中压汞灯(250W,距 离反应器10cm):8一出气阀门：9一进样、取样阀门：10-空 厚淘3 5 气 4 图1光催化反应装置示意图 Fig.1 Schematic diagram of an apparatus for photocatalytic re- action 2 结果与讨论 40 60 2er() 2.1煅烧温度对TO2光催化活性的影响 1-400℃，3h:2-500℃，3h:3-600℃，3h;4-700℃，3 固定催化剂用量2.00g,酸性黑染料的起始 h;5-750℃，3h:6-750℃，5h 质量浓度50mgL-1,pH=6.0,空气流量为2.5 图2不同煅烧温度下O2粉末的XRD谱 Lmin1,光照2h,分别测定不同煅烧温度下的 Fig.2 XRD patterns of TiO:powders calcined at different tem- TiO2光催化降解酸性黑染料的降解率，其结果 peratures 见表1， 根据粉末粒径d计算比表面积[6)]： 表1不同煅烧温度的O2对光催化活性的影响 S=6×103/(Pd) (4) Table 1 Effect of calcining temperature on the photocatalytic ac- 式中，d为粒径，nm;p为晶粒理论密度， tive property 煅烧温度/℃ gcm3;对于锐钛矿相和金红石相分别为3.84 400 500 600 700 750 Y/% 78.585.6 89.784.675.6 和4.26gcm-3;S为比表面积，m2g1.不同温 度下Ti02粉末的结构参数见表2. 从表1可知，随着T02煅烧温度升高，酸性 表2不同温度下02粉末的结构参数 黑染料的降解率先升高后降低，600℃左右煅烧 Table 2 Structural parameters of TiOz at different calcining tem- 的TiO2光催化活性最高，这可从催化剂的XRD peratures 图表征得到解释 煆烧温度/℃ 平均粒径/nm 比表面积/(m2g 图2为不同煅烧温度下纳米Ti02的X射线 400 14.0 112 衍射曲线，400℃保温3h后，XRD曲线上出现宽 500 16.9 92 化锐钛矿型衍射峰：到500℃，所有晶粒子均为锐 600 33.4 63 钛矿型结构，随着煅烧温度升高，粉末中金红石型 700 61.7 48 含量相应增加；到750℃，粉末中的所有晶粒均为 750 82.8 17 金红石型结构.比较图2中曲线5和6可知，对 于同一煅烧温度，保温时间越长，衍射峰越尖锐， 从表2可知，随着煅烧温度的升高，Ti02粉 但没有新的衍射峰出现，也就是说晶粒随保温时 末的平均粒径增大，低温煅烧对生成Ti02超细粉 间的延长，晶型没有发生变化 末有利，但温度的变化对粉末中金红石相的含量 由Ti02粉末的X射线衍射曲线(101)衍射 影响较大，另外，Ti02粉末的比表面积在17 峰的半高宽，根据Scherrer公式可，晶相质量分数 112m2g,表明粉末的活性较大，这也是较低温 WR由下式计算： 度有利于生成锐钛矿相的原因，因为溶胶一凝胶 工艺以分子或离子态分散的均匀溶液通过水解聚 WR=(S/SR)X0.84+X100% (2) 合反应而凝胶化，反应是在分子级上进行的，这不 式中，SA和SR分别是锐钛矿相和金红石相的衍 仅保证了系统的均匀性，而且由于聚合反应形成1－气体流量计；2－进气阀门；3－玻璃反应器；4－搅拌磁 子；5－磁力搅拌器；6－气体检测瓶；7－中压汞灯（250W距 离反应器10cm）；8－出气阀门；9－进样、取样阀门；10－空 气 图1 光催化反应装置示意图 Fig．1 Schematic diagram of an apparatus for photocatalytic reaction 2 结果与讨论 2∙1 煅烧温度对 TiO2 光催化活性的影响 固定催化剂用量2∙00g酸性黑染料的起始 质量浓度50mg·L －1pH＝6∙0空气流量为2∙5 L·min －1光照2h分别测定不同煅烧温度下的 TiO2 光催化降解酸性黑染料的降解率其结果 见表1． 表1 不同煅烧温度的 TiO2 对光催化活性的影响 Table1 Effect of calcining temperature on the photocatalytic active property 煅烧温度／℃ 400 500 600 700 750 Y／％ 78∙5 85∙6 89∙7 84∙6 75∙6 从表1可知随着 TiO2 煅烧温度升高酸性 黑染料的降解率先升高后降低600℃左右煅烧 的 TiO2 光催化活性最高．这可从催化剂的 XRD 图表征得到解释． 图2为不同煅烧温度下纳米 TiO2 的 X 射线 衍射曲线400℃保温3h 后XRD 曲线上出现宽 化锐钛矿型衍射峰；到500℃所有晶粒子均为锐 钛矿型结构随着煅烧温度升高粉末中金红石型 含量相应增加；到750℃粉末中的所有晶粒均为 金红石型结构．比较图2中曲线5和6可知对 于同一煅烧温度保温时间越长衍射峰越尖锐 但没有新的衍射峰出现也就是说晶粒随保温时 间的延长晶型没有发生变化． 由 TiO2 粉末的 X 射线衍射曲线（101）衍射 峰的半高宽根据 Scherrer 公式［5］晶相质量分数 WR 由下式计算： WR＝ 1 （ SA／SR）×0∙884＋1 ×100％ （2） 式中SA 和 SR 分别是锐钛矿相和金红石相的衍 射峰面积0∙884是散射因子． TiO2 粉末粒径 d 计算公式： d＝0∙89λ／βcosθ （3） 式中λ为 X 射线的波长β为 XRD 衍射峰的半 宽高θ为布拉格角． 1－400℃3h；2－500℃3h；3－600℃3h；4－700℃3 h；5－750℃3h；6－750℃5h 图2 不同煅烧温度下 TiO2 粉末的 XRD 谱 Fig．2 XRD patterns of TiO2powders calcined at different temperatures 根据粉末粒径 d 计算比表面积［6］： S＝6×103／（ρd） （4） 式中d 为 粒 径nm；ρ 为 晶 粒 理 论 密 度 g·cm －3 ；对于锐钛矿相和金红石相分别为3∙84 和4∙26g·cm －3 ；S 为比表面积m 2·g －1．不同温 度下 TiO2 粉末的结构参数见表2． 表2 不同温度下 TiO2 粉末的结构参数 Table2 Structural parameters of TiO2 at different calcining temperatures 煅烧温度／℃ 平均粒径／nm 比表面积／（m 2·g －1） 400 14∙0 112 500 16∙9 92 600 33∙4 63 700 61∙7 48 750 82∙8 17 从表2可知随着煅烧温度的升高TiO2 粉 末的平均粒径增大低温煅烧对生成 TiO2 超细粉 末有利但温度的变化对粉末中金红石相的含量 影响较大．另外TiO2 粉末的比表面积在17～ 112m 2·g －1表明粉末的活性较大这也是较低温 度有利于生成锐钛矿相的原因．因为溶胶－凝胶 工艺以分子或离子态分散的均匀溶液通过水解聚 合反应而凝胶化反应是在分子级上进行的这不 仅保证了系统的均匀性而且由于聚合反应形成 ·626· 北 京 科 技 大 学 学 报 2006年第7期