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D0I:10.13374/1.issnl00I53.2006.07.004 第28卷第7期 北京科技大学学报 Vol.28 No.7 2006年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jul.2006 功能材料二氧化钛光催化降解酸性黑染料 崔玉民范少华苏凌浩 阜阳师范学院化学系，阜阳236032 摘要采用溶胶凝胶法制备纳米粉末TO2,运用XRD技术对样品进行了表征，以中压汞灯为 光源，在圆柱型石英光催化反应器上进行了酸性黑染料光催化反应性能考察.讨论了煅烧温度、 空气流量、试液的pH值、光照时间与酸性黑染料光催化降解率的关系·实验结果表明，煅烧温度 使TiO2光催化性能得到显著改善.TiO2在400℃殿烧3h,XRD曲线上出现宽化锐钛矿型衍射峰： 到500℃，所有晶粒均为锐钛矿型结构，随着煅烧温度升高，晶粒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·但是对于同一煅烧温度，煅烧时间不同，晶型不发生变 化.煅烧温度为600℃时，Ti02光催化活性最高·在优化实验条件下，光照140min,酸性黑染料光 催化降解率达到100%. 关键词二氧化钛：溶胶一凝胶法：酸性黑染料：光催化降解：晶型 分类号0643.3 纳米TO2以其无毒、光催化活性高、稳定性 600,700,750℃煅烧3h及750℃煅烧5h得Ti0z 高、氧化能力强、能耗低、可重复使用等优点而应 粉末状6种样品 用在低浓度废水处理、贵金属回收、空气净化、涂 催化剂的XRD在日本理学电机公司D/Max 料表面自洁等领域).但是Ti02的禁带宽度 一YA型转靶X射线衍射仪上进行，Cu靶，管电流 (Eg=3.2eV)较大，对太阳能的利用率仅为4% 100mA,管电压30kV,扫描速度0.06°s-1,扫描 左右，为了提高对太阳能的利用率，近几年来，各 角度：20°~80° 国学者围绕高活性纳米TO2的制备、多相光催化 1.2光催化降解实验 反应机理及提高光催化反应效率途径等方面做了 实验装置如图1，光催化反应器是密闭圆柱 许多探索研究工作，为纳米TiO2光催化技术的广 型石英玻璃容器（容积1000mL),将质量浓度50 泛应用奠定基础[3.本文以钛酸丁酯为主要原 mgL酸性黑染料（体积500mL)、定量催化剂 料，采用溶胶一凝胶法制备TO2纳米微粒，采用 从阀门9进入反应器，开动磁力搅拌器，打开阀门 XRD技术对样品进行了表征，并测定其对酸性黑 2及8，用250W中压汞灯7进行光照（主波长 染料的光催化降解效率的影响. 360nm,辐照度为0.6kWm2).由压缩空气钢 1 实验 瓶供氧，既满足溶解氧的要求又起到搅拌作用. 气体检测瓶里的氢氧化钙溶液检测C02气体.每 1.1催化剂TiO2的制备及表征 间隔一定时间取样分析化验 量取200mL稀硝酸(20%)放入400mL烧杯 酸性黑染料溶液的分析直接采用分光光度 内为A;量取100mL钛酸丁酯及50mL异丙醇放 法，酸性黑染料的最大吸收波长位于608.0nm, 入另一烧杯中，并搅拌均匀得B.将A烧杯放在 较稀溶液的酸性黑染料的吸光度(A)与其质量浓 磁力搅拌器上，边升温边搅拌，当A的温度在60 度(c)成正比，A=c,其中E为消光系数，l为比 ~70℃时，将B缓慢地滴加到A中，再搅拌20 色皿厚度，光催化降解率Y: min得Ti02溶胶C;将Ti02溶胶C于60℃干燥 4h后，分成6份，在马弗炉中分别于400,500， y=40-4×100%=0-e×100%(1) Ao 收稿日期：2005-07-07修回日期：2006-09-20 式中，co,c分别为酸性黑染料的起始质量浓度、 基金项目：安徽省自然科学基金资助项目(No,050450301) 反应终点质量浓度；A0,A分别为酸性黑染料质 作者简介：崔玉民(1964一)，男，教授，硕士 量浓度为co,c时的吸光度.功能材料二氧化钛光催化降解酸性黑染料 崔玉民 范少华 苏凌浩 阜阳师范学院化学系阜阳236032 摘 要 采用溶胶－凝胶法制备纳米粉末 TiO2运用 XRD 技术对样品进行了表征．以中压汞灯为 光源在圆柱型石英光催化反应器上进行了酸性黑染料光催化反应性能考察．讨论了煅烧温度、 空气流量、试液的 pH 值、光照时间与酸性黑染料光催化降解率的关系．实验结果表明煅烧温度 使 TiO2 光催化性能得到显著改善．TiO2 在400℃煅烧3hXRD 曲线上出现宽化锐钛矿型衍射峰； 到500℃所有晶粒均为锐钛矿型结构随着煅烧温度升高晶粒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．但是对于同一煅烧温度煅烧时间不同晶型不发生变 化．煅烧温度为600℃时TiO2 光催化活性最高．在优化实验条件下光照140min酸性黑染料光 催化降解率达到100％． 关键词 二氧化钛；溶胶－凝胶法；酸性黑染料；光催化降解；晶型 分类号 O643∙3 收稿日期：20050707 修回日期：20060920 基金项目：安徽省自然科学基金资助项目（No．050450301） 作者简介：崔玉民（1964－）男教授硕士 纳米 TiO2 以其无毒、光催化活性高、稳定性 高、氧化能力强、能耗低、可重复使用等优点而应 用在低浓度废水处理、贵金属回收、空气净化、涂 料表面自洁等领域［12］．但是 TiO2 的禁带宽度 （Eg＝3∙2eV）较大对太阳能的利用率仅为4％ 左右．为了提高对太阳能的利用率近几年来各 国学者围绕高活性纳米 TiO2 的制备、多相光催化 反应机理及提高光催化反应效率途径等方面做了 许多探索研究工作为纳米 TiO2 光催化技术的广 泛应用奠定基础［34］．本文以钛酸丁酯为主要原 料采用溶胶－凝胶法制备 TiO2 纳米微粒采用 XRD 技术对样品进行了表征并测定其对酸性黑 染料的光催化降解效率的影响． 1 实验 1∙1 催化剂 TiO2 的制备及表征 量取200mL 稀硝酸（20％）放入400mL 烧杯 内为 A；量取100mL 钛酸丁酯及50mL 异丙醇放 入另一烧杯中并搅拌均匀得 B．将 A 烧杯放在 磁力搅拌器上边升温边搅拌当 A 的温度在60 ～70℃时将 B 缓慢地滴加到 A 中再搅拌20 min 得 TiO2 溶胶 C；将 TiO2 溶胶 C 于60℃干燥 4h 后分成6份在马弗炉中分别于400500 600700750℃煅烧3h 及750℃煅烧5h 得 TiO2 粉末状6种样品． 催化剂的 XRD 在日本理学电机公司 D／Max －γA 型转靶 X 射线衍射仪上进行Cu 靶管电流 100mA管电压30kV扫描速度0∙06°·s －1扫描 角度：20°～80°． 1∙2 光催化降解实验 实验装置如图1．光催化反应器是密闭圆柱 型石英玻璃容器（容积1000mL）将质量浓度50 mg·L －1酸性黑染料（体积500mL）、定量催化剂 从阀门9进入反应器开动磁力搅拌器打开阀门 2及8用250W 中压汞灯7进行光照（主波长 360nm辐照度为0∙6kW·m －2）．由压缩空气钢 瓶供氧既满足溶解氧的要求又起到搅拌作用． 气体检测瓶里的氢氧化钙溶液检测 CO2 气体．每 间隔一定时间取样分析化验． 酸性黑染料溶液的分析直接采用分光光度 法．酸性黑染料的最大吸收波长位于608∙0nm 较稀溶液的酸性黑染料的吸光度（ A ）与其质量浓 度（ c）成正比A＝εlc其中ε为消光系数l 为比 色皿厚度．光催化降解率 Y ： Y ＝ A0－ A A0 ×100％＝ c0－c c0 ×100％ （1） 式中c0c 分别为酸性黑染料的起始质量浓度、 反应终点质量浓度；A0A 分别为酸性黑染料质 量浓度为 c0c 时的吸光度． 第28卷 第7期 2006年 7月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．28No．7 Jul．2006 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2006．07．004