活性炭负载掺稀土TiO2光催化性能研究

2022-09-10

一、活性炭负载掺杂稀土Ti O2光催化剂的制备方法

1. 液相沉淀法

在初始溶液内通过适当的沉淀剂, 并加以反应, 可促使溶液内阳离子构成不同的沉淀物, 然后再经过滤、洗涤、干燥、加热等制备纳米粉体的方式。液相沉淀法又可分为共沉淀法、均匀沉淀法、钛醇盐水解法1。

2. 水热法

在高温高压下, 通过水或蒸汽等流体中实现的。它的主要步骤为:在内衬耐腐蚀材料的密闭高压釜中加入纳米Ti O2的前驱体 (充填度为60一80) , 按一定的升温速度逐步地加热, 待高压釜到特定的温度值, 在恒温后, 开始减压后经洗涤、干燥即可制备纳米级的Ti O22。

3. 溶胶-凝胶法

就本文而言, 将金属醇盐溶于有机溶剂中, 均相溶液已构成, 通过醇盐的水解反应, 可增强其分子之间的均匀度。在此过程中, 其纳米级的粒子可构成均匀的溶胶体系;经陈化后, 溶胶构成三维网络而构成凝胶:将凝胶干燥以除去残余水分、有机基团和有机溶剂, 得到干凝胶, 干凝胶研磨后, 锻烧。在除去化学吸附的轻基和烷基团, 以及物理吸附的有机溶剂和水, 可制备纳米级别的粉体。

二、实验与结果

1. 活性炭负载掺Ce3+纳米Ti O2的制备

所用Ce+3掺杂均以原子浓度 (Ce/Ti) 计算, 且假设Ce3+制备过程中为完全量掺杂。实验化学品均为分析纯试剂, 其配制可使用蒸馏水。

将17ml的钛酸丁酯与40ml的无水乙醇混匀为溶液A, 并存放于烧杯中;将0.0286g Ce (NO3) 3加至10ml冰醋酸、40ml无水乙醇与9ml蒸馏水的混合液中, 充分搅拌30min后得溶液B;边搅拌边将溶液A逐滴加入到溶液B中, 滴加完毕后继续搅拌1h以构成均匀的掺杂Ce3+的Ti O2溶胶, 超声波分散30分钟后在室温放置陈化2h以形成凝胶;此凝胶可于100℃烘干, 碾细得粉末于马弗炉中以500度, 热处理2h得到掺Ce3+纳米Ti O2。冷却后用粒度仪测定其粒径为3321纳米。

通过活性炭负载掺Ce3+纳米Ti O2, 在其形成溶胶将50g活性炭置于溶胶内, 并通过超声波反应30分钟, 然后置于室温, 并控制陈化时间, 其设定为2h, 可制备成均匀的溶胶。经过100℃的烘干, 可碾细得粉末, 并放置于马弗炉中以400度, 500度, 600度热处理2h, 此时可得到3份活性炭掺Ce3+纳米Ti O2样品。

2. 活性炭负载掺Ce3+的Ti O2对甲基橙催化降解的温度影响

在活性碳负载掺Ce3+纳米Ti O2对甲基橙催化降解过程中, 经过测试, 按照不同的测试次数, 并调整时间为30、60、90、120min。它们在400℃、500℃、600℃下吸光度分别为1.135、1.085、1.161;1.043、0.988、0.985;0.948、0.876、0.985;0.836、0.750、0.889。就数据而言, 在500℃经热处理是较好的。

3. 活性炭负载Ce不同掺杂量的Ti O2的制备

将17ml的钛酸丁酯与40ml的无水乙醇混匀为溶液A, 盛放于烧杯中;分别将0.0429g Ce (NO3) 3加入到装有10ml冰醋酸、40ml无水乙醇与9ml蒸馏水的混合液中, 充分搅拌30min后得溶液B;边搅拌边将溶液A逐滴加入到溶液B中, 滴加完毕后继续搅拌1h以形成均匀透明的掺杂C3+的Ti O2溶胶, 然后室温放置陈化2h以形成凝胶;该凝胶于100℃下烘干, 碾细得粉末于马弗炉中以500度, 热处理2h方可合成掺Ce3+纳米Ti O2, 其可分别标记为:0.3%Ce3+-Ti O2、0.4%Ce3+-Ti O2、0.5%Ce3+-Ti O22。

4. 活性炭负载掺Ce3+的Ti O2对甲基橙催化降解时Ce3+掺杂量影响

准确称取3份样品各2克分别放到3个装有同等体积0.02mg/L的甲基橙溶液中, 用保鲜膜封好后放到紫外光灯下照射, 每隔30分钟测分光度, 其0.3%/吸光度、0.4%/吸光度、0.5%/吸光度分别为1.179、1.1351.152;1.108、1.028、1.073;0.895、0.738、0.836。在其范围内, 甲基橙的降解率均是相同变化的, 但当稀土Ce掺杂量为0.4%的时候, 其效果为最佳。

结论

在实验中, 热处理温度分别为400、500、600度, 吸光度为0.556, 而在500度时为0.458 (最小) , 600度时为0.607 (最大) , 此实验可说明最佳热处理温度为500度。就Ce3+的含量而言, 0.3%Ce3+-Ti O2经过实验测试后其最小的吸光度为0.457 (最大) , 0.4%Ce3+-Ti O2为0.388 (最小) , 0.5%Ce3+-Ti O2为0.436。说明在本实验内的最佳掺Ce3+3+含量为0.4%。

摘要：目前, 直接使用TiO2粉体的悬浮体以及TiO2负载在基材上进行催化反应将直接地影响着环境的变化。因悬浮液透光性差, 光照的效率低, 而水处理后对TiO2粒子回收较为困难, 工艺复杂且成本较高, 并且催化剂较易中毒, 运用TiO2粉体的悬浮体系几乎没价值而言。光催化剂的固化负载就成为光催化技术中的必然趋势, 也是光催化剂走向实际应用必须解决的一个问题, 应用光催化剂可降解废弃物, 并增强环境效益。为此, 通过纳米级别的氧化钛性质的改变, 并运用至环保领域内, 有着重要的研究价值。本文将运用溶胶一凝胶法, 在颗粒活性炭 (GAC) 表面负载Ce3+掺杂TiO2光催化剂, 探究其在温度、稀土含量、质量三方面因素对催化剂的光催化性能的影响。经过分光光度计的测试, 我们可对其材料进行测试, 并分析其不同的因素对光催化性能的影响大小。通过不同因素的对比, TiO2光催化剂有着较大的表面积,

关键词：光催化剂,活性炭,TiO2,Ce3+掺杂