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TiO2光阳极和ACPTFE阴极光电催化技术降解罗丹明B的研究的开题报告一、研究背景和意义罗丹明B是一种常见的有机污染物，主要应用于纺织印染、制革、木材染色等工业中，其存在会对环境和人体健康造成潜在危害。
因此，对罗丹明B的降解技术研究具有重要意义，尤其是光电催化技术具有环保、高效、易操作等优点，被广泛应用于有机污染物降解领域。
本研究将以TiO2光阳极和ACPTFE阴极光电催化技术为研究对象，利用自制的反应器对罗丹明B进行光电催化降解实验，探究其降解效果与反应机理，为环境污染物的净化和治理提供一定的理论依据和实验参考。
二、研究内容和方法（一）研究内容1.搭建光电催化实验反应器，包括阳极、阴极、反应池和光源等。
2.选取TiO2光阳极和ACPTFE阴极作为光电催化材料，分别进行实验降解罗丹明B。
3.对反应过程中溶液的pH值、溶液初始浓度、光照强度等因素进行优化实验，探究其对罗丹明B降解效果的影响。
4.对实验结果进行分析和解释，探究光电催化降解罗丹明B的反应机理。
（二）研究方法1.制备TiO2光阳极和ACPTFE阴极。
2.通过紫外-可见光谱分析技术确定光源波长范围，设置光照强度。
3.对反应过程中溶液的pH值进行调整，利用紫外-可见光谱分析技术确定反应过程中罗丹明B的降解程度。
4.通过扫描电子显微镜、X射线衍射分析等方法对材料进行表征和分析。
三、预期结果1.利用TiO2光阳极和ACPTFE阴极光电催化降解罗丹明B的实验结果。
2.在不同实验条件下，探究pH值、溶液初始浓度、光照强度等因素对反应效果的影响。
3.探究光电催化降解罗丹明B的反应机理和过程。
4.为环境污染物的治理提供具有一定参考价值的理论依据和实验参考。
四、研究启示本研究将深入探讨光电催化降解罗丹明B的反应机理和过程，为环境污染物治理提供新的思路和方法。
此外，本研究所用材料和实验方法可借鉴用于其他环境治理领域，具有一定的示范和推广作用。
《TiO2及TiO2-MCM-41光催化剂的制备与性能研究》篇一TiO2及TiO2-MCM-41光催化剂的制备与性能研究一、引言随着环境污染和能源短缺问题的日益严重，光催化技术作为一种绿色、高效的环保技术，受到了广泛关注。
其中，TiO2光催化剂因其良好的化学稳定性、无毒性、高催化活性等优点，在废水处理、空气净化、太阳能转换等领域具有广泛的应用前景。
近年来，TiO2/MCM-41复合光催化剂的制备与性能研究更是成为研究的热点。
本文将重点探讨TiO2及TiO2/MCM-41光催化剂的制备方法、性能及其影响因素。
二、TiO2光催化剂的制备TiO2光催化剂的制备方法主要包括溶胶-凝胶法、水热法、化学气相沉积法等。
其中，溶胶-凝胶法因其操作简便、成本低廉等优点，被广泛应用于实验室和工业生产中。
在溶胶-凝胶法中，首先将钛源（如钛酸四丁酯）在酸催化下进行水解和缩聚反应，形成溶胶。
然后通过蒸发溶剂，使溶胶转化为凝胶。
最后，对凝胶进行热处理，得到TiO2粉末。
通过调整溶胶-凝胶过程中的反应条件，可以控制TiO2的晶型、粒径和比表面积等性能。
三、TiO2/MCM-41复合光催化剂的制备TiO2/MCM-41复合光催化剂的制备主要采用浸渍法或原位合成法。
浸渍法是将MCM-41介孔分子筛浸入TiO2前驱体溶液中，使TiO2负载在MCM-41表面。
原位合成法是在MCM-41的合成过程中，直接加入钛源，使TiO2在MCM-41孔道内原位生成。
四、性能研究1. 催化活性TiO2及TiO2/MCM-41光催化剂的催化活性主要受晶型、粒径、比表面积、负载量等因素影响。
实验表明，锐钛矿型TiO2具有较高的光催化活性，而负载在MCM-41上的TiO2可以进一步提高其催化活性。
这主要是因为MCM-41的介孔结构有利于光生电子和空穴的传输和分离，从而提高了催化剂的光催化效率。
2. 稳定性TiO2及TiO2/MCM-41光催化剂具有良好的化学稳定性，在多次循环使用后仍能保持较高的催化活性。
《TiO2及TiO2-MCM-41光催化剂的制备与性能研究》篇一TiO2及TiO2-MCM-41光催化剂的制备与性能研究一、引言随着环境污染和能源短缺问题的日益严重，光催化技术作为一种绿色、高效的环保技术，受到了广泛关注。
TiO2作为最常用的光催化剂，因其优良的光催化性能和低廉的制备成本而被广泛应用于环境治理、污水处理和光解水制氢等领域。
然而，纯TiO2光催化剂的制备过程中仍存在一些不足，如比表面积小、光生电子-空穴对复合率高、光催化效率低等。
为了解决这些问题，本文研究了TiO2及TiO2/MCM-41复合光催化剂的制备方法及其性能。
二、TiO2光催化剂的制备1. 原料与设备本实验采用钛酸四丁酯、无水乙醇、去离子水等为原料，采用磁力搅拌器、烘箱、马弗炉等设备进行实验。
2. 制备方法采用溶胶-凝胶法，将钛酸四丁酯在无水乙醇和去离子水的混合溶液中水解，得到溶胶。
经过老化、洗涤、干燥和煅烧等步骤，最终得到纯TiO2光催化剂。
三、TiO2/MCM-41复合光催化剂的制备MCM-41是一种具有介孔结构的硅基材料，具有较大的比表面积和良好的吸附性能。
将TiO2与MCM-41进行复合，可以提高光催化剂的比表面积和光催化性能。
1. 原料与设备除了上述原料外，还需添加MCM-41粉末。
2. 制备方法采用浸渍法，将MCM-41粉末浸入TiO2溶胶中，使其吸附在MCM-41表面。
经过干燥、煅烧等步骤，得到TiO2/MCM-41复合光催化剂。
四、性能研究1. 表征方法采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对制备的光催化剂进行表征，分析其晶体结构、形貌和微观结构。
2. 性能测试通过光催化降解有机物和光解水制氢等实验，测试纯TiO2和TiO2/MCM-41复合光催化剂的性能。
同时，对比不同制备条件对光催化剂性能的影响。
五、结果与讨论1. 制备结果通过XRD、SEM、TEM等表征手段，发现制备的TiO2和TiO2/MCM-41复合光催化剂具有较好的晶体结构和形貌。
MCM-41分子筛负载亚硒核过氧钨酸盐催化剂催化二苯并噻吩氧化脱硫谢东;何其慧;苏阳洋;王童薇;许仁富;胡柏星【期刊名称】《催化学报》【年(卷),期】2015(36)8【摘要】Catalysts play an important role in oxidative desulfurization, a promising process for producing cleaner fossil fuels for transport. A highly efficient catalyst, Q4-H2SeIV3W6, for the oxidative desulfu-rization of dibenzothiophene (DBT) was reported in 2011. To comprehensively evaluate this cata-lyst and better understand its recovery, two types of the catalyst were prepared by impregnating Q4-H2SeIV3W6 on MCM-41 and functionalized MCM-41 materials. In the oxidative desulfurization process catalyzed by these supported catalysts, the conversion of DBT reached 98.7%. The catalytic activities were excellent when Q4-H2SeIV3W6 was impregnated on functionalized MCM-41. The re-sults showed that the supported catalysts had excellent reusability. In addition, a mechanism for the catalytic oxidative desulfurization was proposed.%石油在作为燃料使用过程中常常产生各种污染，特别是油品中的含硫化合物不仅会降低油品品质，而且燃烧后产生的硫氧化物可污染大气，形成酸雨，危害人类健康.因此，油品深度脱硫是一项十分重要而紧迫的工作.n<br> 目前油品脱硫方法有很多种，主要分为加氢脱硫与非加氢脱硫.加氢脱硫反应条件苛刻，脱硫效率低，对设备要求高，因而非加氢脱硫正在被广泛研究.其中氧化脱硫反应条件温和，脱硫效率高，对设备要求不高，有望实现规模化应用.在氧化脱硫反应中，催化剂是研究重点，尤其是催化剂效率及可回收能力.本课题组合成的亚硒核过氧钨酸盐是一种具有高选择性和高催化活性的催化剂，但它在反应后无法实现回收再利用，从而限制了其广泛应用.为了提高该催化剂的可回收能力，本文尝试制备负载型亚硒核过氧钨酸盐用于氧化脱硫反应中，考察其催化效率及可回收能力.n<br> 分子筛具有孔结构，比表面积大且较为稳定，是理想的催化剂载体.本文采用浸渍法制备了MCM-41分子筛负载的亚硒核过氧钨酸盐，为了提高负载能力，减少催化剂溶脱，还制备了MCM-41-NH2分子筛负载的亚硒核过氧钨酸盐，并运用红外光谱、X射线衍射、N2吸附-脱附和透射电镜对它们进行了表征.结果显示，亚硒核过氧钨酸盐在MCM-41和MCM-41-NH2分子筛内分散均匀，表明负载成功.将负载型亚硒核过氧钨酸盐催化剂用于模拟油样二苯并噻吩(DBT)氧化脱硫实验，并用气相-火焰光度检测仪跟踪实验.结果表明，负载型和非负载型催化剂均具有较高的催化性能.模拟油样在负载型催化剂作用下氧化脱硫反应2 h后， DBT转化率达98.7%，实现了深度脱硫.此外，还优化了反应时间、反应温度及氧化剂和催化剂用量.与其它催化剂相比，在相似脱硫效率情况下，负载型催化剂的催化效率更高，反应条件更加温和，催化剂用量更少，因而更加环保和节能.对反应产物进行了红外光谱、气相-质谱联用分析以及气相色谱保留时间对比分析，结果表明DBT脱硫反应产物为DBTO2.结合相关文献，对该催化剂上DBT氧化脱硫提出了一种可能的催化氧化反应机理.n<br> 反应后将负载型催化剂回收过滤，洗涤和干燥后，进行下一轮氧化脱硫反应.结果表明， MCM-41分子筛负载的亚硒核过氧钨酸盐在循环使用过程中， DBT转化率下降较快，循环使用4次后， DBT转化率降至80%，而MCM-41-NH2分子筛负载的催化剂在循环使用4次后， DBT转化率仍达90%.这表明MCM-41-NH2分子筛负载的亚硒核过氧钨酸盐催化剂具有更好的稳定性和回收使用性能.n<br> 综上所述，负载型亚硒核过氧钨酸盐是一种高效的氧化脱硫催化剂，在较为温和的反应条件下即可实现深度催化氧化脱硫，其循环使用性能也得到明显提高.本结果可为该催化剂未来在工业上广泛应用提供一定参考.【总页数】9页(P1205-1213)【作者】谢东;何其慧;苏阳洋;王童薇;许仁富;胡柏星【作者单位】南京大学化学化工学院，江苏省机动车尾气污染控制重点实验室，江苏南京210093;南京大学化学化工学院，江苏省机动车尾气污染控制重点实验室，江苏南京210093;南京大学化学化工学院，江苏省机动车尾气污染控制重点实验室，江苏南京210093;南京大学化学化工学院，江苏省机动车尾气污染控制重点实验室，江苏南京210093;南京大学化学化工学院，江苏省机动车尾气污染控制重点实验室，江苏南京210093;南京大学化学化工学院，江苏省机动车尾气污染控制重点实验室，江苏南京210093【正文语种】中文【相关文献】1.HY的引入对MCM-41分子筛负载Ni(Co)-Mo(W)催化剂加氢脱硫性能的影响[J], 任靖;王安杰;李翔;鲁墨弘;滕阳;胡永康2.过氧化叔丁醇在钼催化剂下对二苯并噻吩的一步氧化脱硫 [J], 张珊珊;周新锐;王静;赵德丰3.介孔分子筛HMS负载磷钨酸催化剂的制备及其氧化脱硫性能研究 [J], 刘淑芝;郭齐;4.MCM-41分子筛负载金属酞菁在氧化脱硫反应中的催化性能 [J], 张娟;任腾杰;胡颜荟;李俊盼;王春芳;赵地顺5.介孔分子筛HMS负载磷钨酸催化剂的制备及其氧化脱硫性能研究 [J], 刘淑芝;郭齐因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
《TiO2及TiO2-MCM-41光催化剂的制备与性能研究》篇一TiO2及TiO2-MCM-41光催化剂的制备与性能研究一、引言随着环境污染和能源短缺问题的日益严重，光催化技术作为一种绿色、高效的环保技术，受到了广泛关注。
其中，TiO2作为一种常用的光催化剂，具有高活性、稳定性强等优点。
近年来，将TiO2与其他载体材料进行复合制备光催化剂，尤其是与MCM-41等有序介孔材料复合，成为了光催化领域的研究热点。
本文旨在研究TiO2及TiO2/MCM-41光催化剂的制备方法及其性能。
二、TiO2及TiO2/MCM-41光催化剂的制备1. TiO2的制备TiO2的制备方法主要有溶胶-凝胶法、水热法等。
本文采用溶胶-凝胶法制备TiO2。
首先，将钛醇盐溶于溶剂中，通过水解和缩聚反应形成溶胶，然后经过干燥、煅烧等步骤得到TiO2。
2. TiO2/MCM-41的制备TiO2/MCM-41的制备采用浸渍法。
首先，将MCM-41有序介孔材料浸渍在Ti前驱体溶液中，使Ti前驱体在MCM-41的孔道内充分吸附。
然后经过干燥、煅烧等步骤，使Ti前驱体与MCM-41表面发生反应，从而得到TiO2/MCM-41复合光催化剂。
三、性能研究1. 结构表征采用XRD、SEM、TEM等手段对所制备的TiO2及TiO2/MCM-41进行结构表征。
XRD结果表明，所制备的TiO2为锐钛矿型，且与MCM-41复合后，其晶型未发生明显变化。
SEM 和TEM结果表明，TiO2成功负载在MCM-41的孔道内，且分布均匀。
2. 光催化性能测试以甲基橙为模拟污染物，对所制备的TiO2及TiO2/MCM-41进行光催化性能测试。
结果表明，与纯TiO2相比，TiO2/MCM-41复合光催化剂的光催化活性有明显提高。
这主要归因于MCM-41的有序介孔结构有利于光的传输和分散，同时提高了催化剂的比表面积，从而提高了光催化反应的效率。
此外，TiO2与MCM-41之间的相互作用也有利于提高光生电子和空穴的分离效率，从而提高了光催化活性。
《TiO2及TiO2-MCM-41光催化剂的制备与性能研究》篇一TiO2及TiO2-MCM-41光催化剂的制备与性能研究摘要：本篇研究着重探讨了一种具有良好应用潜力的光催化剂，即二氧化钛（TiO2）及其与MCM-41复合材料的光催化性能。
首先，我们将详细描述TiO2及TiO2/MCM-41的制备方法，接着阐述它们的结构和形貌特性，并通过一系列实验数据和分析结果展示其在光催化反应中的应用及表现。
本文将为未来在光催化领域进一步探索提供重要的理论基础和实践参考。
一、引言随着环境污染和能源短缺问题的日益严重，光催化技术作为一种环保、高效的能源利用方式，受到了广泛关注。
TiO2作为一种常用的光催化剂，具有优良的化学稳定性、无毒性以及良好的光催化活性等特点。
然而，TiO2也存在一些缺点，如光生电子和空穴的复合率高、对太阳光的利用率低等。
为了解决这些问题，研究者们尝试将TiO2与其他材料进行复合，其中与MCM-41的复合材料表现出了良好的光催化性能。
二、TiO2及TiO2/MCM-41的制备1. TiO2的制备TiO2的制备主要采用溶胶-凝胶法。
首先，将钛醇盐溶解在有机溶剂中，经过水解、缩合等反应，形成凝胶。
然后通过干燥、煅烧等过程，得到TiO2粉末。
2. TiO2/MCM-41的制备TiO2/MCM-41的制备采用浸渍法。
首先合成MCM-41分子筛，然后将TiO2前驱体溶液浸渍到MCM-41中，通过一定的温度和时间控制，使TiO2在MCM-41表面及孔道内生长，形成复合材料。
三、结构与形貌表征通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段，对TiO2及TiO2/MCM-41进行结构和形貌表征。
结果表明，TiO2为典型的锐钛矿结构，而TiO2/MCM-41复合材料中，TiO2均匀地分布在MCM-41的表面及孔道内，形成了良好的复合结构。
四、光催化性能研究1. 实验方法以有机污染物（如染料）的光降解为例，考察TiO2及TiO2/MCM-41的光催化性能。
《TiO2及TiO2-MCM-41光催化剂的制备与性能研究》篇一TiO2及TiO2-MCM-41光催化剂的制备与性能研究摘要随着环境问题日益突出，光催化技术已成为解决环境污染和能源短缺等问题的有效手段。
其中，TiO2因其优异的性能和稳定性，成为光催化领域的研究热点。
本文以TiO2及TiO2/MCM-41复合光催化剂为研究对象，对其制备方法、性能及其应用进行了系统研究。
一、引言光催化技术是一种利用光能驱动的化学反应过程，具有绿色、环保、高效等优点。
TiO2作为一种典型的光催化剂，因其无毒、化学稳定性好、成本低廉等优点被广泛应用于废水处理、空气净化、太阳能电池等领域。
然而，TiO2的光响应范围窄、光生电子-空穴对易复合等问题限制了其应用范围。
为了改善这些问题，本文采用MCM-41介孔分子筛作为载体，制备了TiO2/MCM-41复合光催化剂。
二、TiO2及TiO2/MCM-41光催化剂的制备1. TiO2的制备TiO2的制备方法有多种，如溶胶-凝胶法、水热法、化学气相沉积法等。
本文采用溶胶-凝胶法，以钛酸四丁酯为原料，通过水解、缩合等过程制备出TiO2。
2. TiO2/MCM-41的制备TiO2/MCM-41复合光催化剂的制备过程中，首先合成MCM-41介孔分子筛，然后采用浸渍法将TiO2负载到MCM-41上。
通过控制负载量、煅烧温度等参数，得到具有不同结构和性能的TiO2/MCM-41复合光催化剂。
三、TiO2及TiO2/MCM-41光催化剂的性能研究1. 结构表征通过XRD、SEM、TEM等手段对制备的TiO2及TiO2/MCM-41进行结构表征。
结果表明，TiO2为锐钛矿型结构，负载到MCM-41上后，其晶型和粒径均有所改变。
2. 光催化性能测试以甲基橙为模拟污染物，对TiO2及TiO2/MCM-41的光催化性能进行测试。
结果表明，TiO2/MCM-41复合光催化剂的光催化性能优于纯TiO2。
这主要是因为MCM-41的介孔结构有利于提高光催化剂的比表面积和吸附性能，同时，MCM-41与TiO2之间的相互作用有利于提高光生电子-空穴对的分离效率。
MCM -41分子筛担载纳米TiO 2复合材料光催化降解罗丹明B冯利利1赵威1刘洋1焦亮2李星国1,*(1北京大学化学与分子工程学院,稀土材料化学及应用国家重点实验室,北京分子科学国家实验室,北京100871;2北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100191)摘要：采用溶胶-凝胶法将TiO 2担载在介孔MCM -41分子筛上,制备了不同TiO 2含量的系列TiO 2/MCM -41复合材料,利用X 射线衍射、N 2吸附、紫外-可见光谱和透射电镜等方法对其进行表征.TiO 2的晶型为锐钛矿相,复合材料的比表面积和孔体积随其中TiO 2担载量(复合材料中TiO 2与MCM -41的质量比)的增加而减小,TiO 2的平均粒径随其担载量的增加而增大.以罗丹明B 的光催化降解为探针反应,评价了TiO 2/MCM -41复合材料的光催化降解活性.结果表明,在紫外光照射下,罗丹明B 在该复合材料上的光催化降解反应遵循一级反应动力学,复合材料对罗丹明B 的光催化降解活性明显高于商用TiO 2(P -25),复合材料的光催化降解活性由复合材料的吸附能力和所含TiO 2的光催化活性共同决定.关键词：MCM -41分子筛;纳米二氧化钛;罗丹明B;光催化降解中图分类号：O643.3Photocatalytic Degradation of Rhodamine B by Nanocrystalline TiO 2Loaded into MCM -41Molecular SievesFENG Li -Li 1ZHAO Wei 1LIU Yang 1JIAO Liang 2LI Xing -Guo 1,*(1Beijing National Laboratory of Molecular Sciences,State Key Laboratory of Rare Earth Materials Chemistry and Applications,College of Chemistry and Molecular Engineering,Peking University,Beijing 100871,P.R.China ;2School of Materials Science and Engineering,Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Beijing 100191,P.R.China )Abstract ：TiO 2/MCM -41composites with various titania content were prepared by loading titania into the mesopores of MCM -41molecular sieves via the sol -gel method.TiO 2/MCM -41composites were characterized by X -ray diffraction(XRD),N 2adsorption,ultraviolet -visible (UV -Vis)absorption spectroscopy and transmission electron microscopy (TEM)techniques.The titania crystalline phase was anatase.The BET surface area and pore volume of the composites decreased with the increase of titania loading (mass ratio of TiO 2to MCM -41in the composite).The average crystal size of these titania particles increased as the titania loading increased.The photocatalytic activities of TiO 2/MCM -41composites were evaluated by the photocatalytic degradation of Rhodamine B.The degradation of Rhodamine B followed first -order reaction kinetics.The composites showed higher photocatalytic activities than P -25commercial pure titania nanoparticles.The photocatalytic activities of the composites depended on their adsorption abilities and the activity of titania loaded into the MCM -41molecular sieves.Key Words ：MCM -41molecular sieve;Nanocrystalline titania;Rhodamine B;Photocatalytic degradation[Article]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.-Chim.Sin .,2009,25(7)：1347-1351Received:February 25,2009;Revised:March 24,2009;Published on Web:April 21,2009.*Corresponding author.Email:xgli@;Tel:+86-10-62765930.The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (20671004,20821091),National High -Tech Research andDevelopment Program of China (863)(2007AA05Z118,2007AA030114),and University Scientific and Technological Innovation Major Project Cultivation Project,Ministry of Education of China (707002).国家自然科学基金(20671004,20821091),国家高技术研究发展计划(863)项目(2007AA05Z118,2007AA030114)及教育部高等学校科技创新工程重大项目培育项目(707002)资助鬁Editorial office of Acta Physico -Chimica SinicaJuly 1347Acta Phys.-Chim.Sin.,2009Vol.25光催化技术可将有毒、非生物降解污染物降解为无毒的小分子物质,如CO2、H2O及各种相应的无机离子而实现无害化[1,2].罗丹明B(Rhodamine B)是一种应用广泛的有机染料[3-8],属蒽醌染料,分子式为C28H31ClN2O3,结构式见图示1.该染料废水色度高,有机污染物浓度大,可生化降解性差,难以采用传统的物化或生化法处理[9].因此,利用光催化技术降解罗丹明B成为近年来的研究热点.Yang等[10]采用一步溶胶-凝胶工艺制备了不同Eu2O3掺杂量的Eu2O3/Ta2O5混合氧化物,将其应用于光催化降解罗丹明B的研究.He等[11]研究了罗丹明B在水热法合成的Bi2WO6催化剂上的光催化降解机理和途径.在众多纳米半导体光催化剂中,TiO2因其优异的化学性质和成本相对低廉,成为当前研究光催化降解罗丹明B的主流材料[12].TiO2催化剂的形式多样:TiO2纳米颗粒[3],TiO2薄膜[4,5],掺杂镧系元素的TiO2[7],Ti/TiO2电极[13],TiO2负载于活性炭[9,14]、中孔石墨碳[15]、膨润土[16]等孔材料上的复合材料等.研究发现,降低TiO2颗粒尺寸可以增加单位质量活性位的个数[17,18],提高比表面积可以增强TiO2对染料的吸附[3],二者均可明显改善TiO2的光催化降解性能,而将TiO2负载于介孔材料上即可同时达到上述两个目的.Yang等[17]将介孔材料SBA-15与TiO2复合,不但抑制了TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变,而且阻止了TiO2晶粒的生长,并提高了催化剂的比表面积,使TiO2光催化降解亚甲基蓝的活性明显提高.MCM-41分子筛孔径均匀,具有高比表面积(>700cm2·g-1)和大吸附容量(>0.7cm3·g-1)[19,20],可以作为一种理想的载体.本文采用溶胶-凝胶法制备担载于MCM-41分子筛上的锐钛矿相TiO2光催化剂,对制备的不同TiO2担载量(复合材料中TiO2与MCM-41的质量比)的TiO2/MCM-41复合材料进行表征,并考察该复合材料对罗丹明B的光催化降解性能.1实验部分1.1TiO2/MCM-41复合材料制备采用溶胶-凝胶法使钛酸四丁酯在MCM-41分子筛中水解制备TiO2/MCM-41复合材料.具体过程如下:将1.0g MCM-41分子筛(沈阳海龙纳米介孔分子筛实验室)超声溶解于10x mL异丙醇(AR)中,x mL(0.8697、1.7394、2.6091、3.4788mL分别对应于0.2、0.4、0.6、0.8g的TiO2)钛酸四丁酯(CP)逐滴加入上述溶液中搅拌45min,然后在得到的溶液中缓慢加入10x mL去离子水,搅拌2h使钛酸四丁酯充分水解.生成的试样分别用水、乙醇(AR)离心清洗,于80℃下干燥8h,500℃下焙烧4h,得到不同TiO2担载量的系列TiO2/MCM-41复合材料.制备的样品分别称作20%TiO2/MCM-41,40%TiO2/MCM-41,60% TiO2/MCM-41和80%TiO2/MCM-41.1.2TiO2/MCM-41复合材料表征X射线衍射(XRD):D/max2000X射线衍射仪(日本理学Rigaku公司),Cu Kα射线(λ=0.15401nm),扫描范围(2θ)为10°-80°;N2吸附(BET):SA3100比表面孔径分布测定仪(美国BECKMAN COULTER 公司);紫外-可见光谱(UV-Vis):UV-2401PC紫外-可见分光光度计(日本SHIMADZU公司).透射电子显微镜(TEM):JEM-200CX型(日本JEOL公司).1.3罗丹明B在TiO2/MCM-41上的光催化降解性能测定以500W高压汞灯(北京电光源研究所)为紫外光源.称取0.03g TiO2/MCM-41催化剂分散于浓度为27mg·L-1的150mL罗丹明B溶液中,置于自建的密闭光反应器里,在磁力搅拌下,将反应体系置于暗处一定时间(15min),确保吸附平衡后开启光源进行光催化反应.反应过程中每隔15min取样,离心分离,以紫外-可见分光光度计测定罗丹明B在554 nm处的吸光度,评价罗丹明B在TiO2/MCM-41复合材料上的光催化降解活性.2结果与讨论2.1TiO2/MCM-41复合材料的表征图1为不同TiO2担载量的TiO2/MCM-41复合材料的XRD谱图.图中25.2°、38.1°、48.1°、55.1°和62.8°的特征衍射峰分别对应于锐钛矿(101)、(004)、(200)、(211)和(204)晶面的衍射,表明复合材料中TiO2以锐钛矿形式存在.另外,对(101)晶面对应的衍射峰进行Lorentz拟合求得半峰宽β,由Scherrer图示1罗丹明B的结构Scheme1Structure of Rhodamine B 1348No.7冯利利等：MCM -41分子筛担载纳米TiO 2复合材料光催化降解罗丹明B方程d =0.91λ/βcos θ[17]计算TiO 2/MCM -41复合材料各样品的晶粒尺寸d 可知(见表1),晶粒尺寸随TiO 2担载量的减少而减小.商用TiO 2纳米粒子P -25和不同TiO 2担载量的TiO 2/MCM -41复合材料的紫外-可见光谱如图2所示.由于量子尺寸效应,半导体纳米粒子的能隙和粒径相关,随粒径的减小,能隙增加,使其对某种波长的光吸收带有“蓝移”现象[17].由图2可见,随着TiO 2担载量的减小,TiO 2/MCM -41复合材料的吸收带边逐渐蓝移,表明TiO 2粒径随其担载量的减小而减小,与表1计算的颗粒尺寸随TiO 2担载量变化的规律相符.与P -25相比,不同TiO 2担载量的TiO 2/MCM -41复合材料的吸收带边均明显蓝移,表明TiO 2/MCM -41复合材料中TiO 2的粒径均小于P -25的粒径,可见将TiO 2担载于MCM -41分子筛上可抑制TiO 2颗粒的生长.图3为不同TiO 2担载量的TiO 2/MCM -41复合材料的TEM 照片.TiO 2晶粒的尺寸随其担载量的增加而增大,与表1中晶粒尺寸计算结果和紫外-可见光谱测定结果相符.2.2TiO 2/MCM -41复合材料的光催化性能图4为商用P -25和不同TiO 2担载量的TiO 2/MCM -41复合材料的光催化降解曲线.由图4(A)可见,无紫外光照下,在最初的15min 内40%TiO 2/MCM -41光催化剂使得罗丹明B 溶液的浓度降低了22.9%,为罗丹明B 在催化剂表面的吸附作用所致,之后罗丹明B 的浓度基本不再发生变化,表明罗丹明B 在40%TiO 2/MCM -41表面的吸附15min 就已达到平衡;而P -25未使罗丹明B 溶液的浓度随时间发生明显变化,归因于其比表面积较小对罗丹明B 的吸附作用不明显.暗区15min 吸附达平衡后,开始紫外光照,40%TiO 2/MCM -41和P -25均使罗丹明B 溶液的浓度持续下降,这是由于TiO 2的紫外光催化作用引起的.如图4(B)所示,TiO 2/MCM -41光催化剂在暗区搅拌15min,其对罗丹明B 的吸附作用均明显大于P -25,使得罗丹明B 的浓度显著下降,归因于TiO 2/MCM -41较P -25高的比表面积和孔体积.另外,TiO 2/MCM -41对罗丹明B 的吸附作用随TiO 2担载量的增加而下降,与表1中BET 测定结果显示的TiO 2/MCM -41的比表面积和孔体积随TiO 2担载量的增加而减小的结果一致.20%TiO 2/MCM -41光催化剂的比表面积和孔体积最高,其对罗丹明B 的吸附降解率也最大,达36.5%.15min 暗区吸附平衡后,在紫外光光照下,TiO 2/MCM -41对罗丹明B 的光催化降解作用明显高于P -25,是因为MCM -41的添加抑制了TiO 2颗粒的生长,提高了单位质量光催化活性位的个数.结合图4(A)和4(B),在不加催化剂的条件下暗图2P -25和不同TiO 2担载量的TiO 2/MCM -41复合材料的紫外-可见光谱Fig.2UV -Vis spectra of P -25and the TiO 2/MCM -41composites with different TiO 2loadingd :average crystal size表1不同TiO 2担载量的TiO 2/MCM -41复合材料的结构性质Table 1Textural properties of the TiO 2/MCM -41composites with different TiO 2loadingCatalyst Structure S BET /(m 2·g -1)V pore /(cm 3·g -1)d /nmP -25anatase/rutile 53.4-21.720%TiO 2/MCM -41anatase 821.20.37 1.040%TiO 2/MCM -41anatase 716.90.30 3.160%TiO 2/MCM -41anatase658.60.25 5.380%TiO 2/MCM -41anatase 616.20.227.3图1不同TiO 2担载量(w )的TiO 2/MCM -41复合材料的XRD 谱Fig.1XRD patterns of TiO 2/MCM -41compositeswith different TiO 2loading (w )w :mass ratio of TiO 2to MCM -411349Acta Phys.-Chim.Sin.,2009Vol.25区搅拌15min,然后紫外光照75min,罗丹明B 溶液的浓度没有发生任何变化(图4(B -f);有催化剂但无光照下,罗丹明B 溶液在暗区搅拌15min 达到物理吸附平衡后其溶液浓度不再随时间发生明显变化(图4(A)).因此,罗丹明B 在TiO 2/MCM -41复合材料上的光催化降解是由催化剂的吸附和TiO 2的紫外光催化作用共同引起的.图5为罗丹明B 降解前后浓度比的对数ln(C 0/C )对光照时间的曲线.由图5可见,罗丹明B 在TiO 2/MCM -41催化下的光催化降解反应为动力学一级反应.通过拟合得到罗丹明B 在20%、40%、60%、80%TiO 2/MCM -41催化下的反应速率常数分别为0.0092、0.0147、0.0120和0.0108min -1,表明不同TiO 2担载量的TiO 2/MCM -41复合材料的光催化活性的高低顺序为:40%TiO 2>60%TiO 2>80%TiO 2>20%TiO 2,可见40%TiO 2/MCM -41的光催化活性相对最高.虽然20%TiO 2/MCM -41的比表面积和孔体积最大,但是20%TiO 2/MCM -41的光催化活性较低,说明TiO 2/MCM -41复合材料的光催化活性由复合材料的吸附能力和TiO 2光催化活性共同决定.另外,结合图3,当TiO 2担载量较大(80%TiO 2/MCM -41)时(图3(d)),小颗粒TiO 2易在介孔硅上团图4P -25和不同TiO 2担载量的TiO 2/MCM -41复合材料的光催化性能Fig.4Photocatalytic performance of P -25and the TiO 2/MCM -41composites with different TiO 2loadingw :(a)20%,(b)40%,(c)60%,(d)80%;(e)P -25,(f)without catalyst图3不同TiO 2担载量的TiO 2/MCM -41复合材料的TEM 图Fig.3TEM images of TiO 2/MCM -41composites with different TiO 2loadingw :(a)20%,(b)40%,(c)60%,(d)80%1350No.7冯利利等：MCM-41分子筛担载纳米TiO2复合材料光催化降解罗丹明B聚形成较大的颗粒,这导致光催化活性降低;而当TiO2担载量较小(20%TiO2/MCM-41)时(图3(a)),纳米TiO2颗粒被大量介孔硅包围,光催化活性位到吸附位平均距离增加,光生氧化自由基移动到被吸附的污染物的效率降低从而导致光催化活性下降.因此,应该存在一个最佳的TiO2担载量使得复合材料的光催化活性相对较高.由图5所得的光催化活性高低结果,TiO2担载量为40%的TiO2/MCM-41的光催化活性在该系列催化剂中最佳.由上可知,为了合成光催化活性高的TiO2/ MCM-41复合材料,比表面积、介孔分子筛的孔体积、TiO2的晶粒尺寸以及Ti、Si的质量比等因素都应在考虑之内[15].3结论采用溶胶-凝胶法制备了不同TiO2担载量的系列TiO2/MCM-41复合材料,对该材料进行了表征和降解罗丹明B的光催化性能测试.介孔MCM-41分子筛的添加有效抑制了TiO2锐钛矿相向金红石相的转变以及晶粒的生长,并提高了催化剂的比表面积和孔体积.在紫外光照下TiO2/MCM-41对罗丹明B的光催化降解作用明显高于商用TiO2(P-25),罗丹明B在TiO2/MCM-41上的光催化降解反应为动力学一级反应,40%TiO2/MCM-41的光催化活性相对较高.References1Lu,W.Q.;Wang,D.Q.;He,X.Q.;Zhao,L.M.Journal of the Chinese Rare Earth 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