有机改性Fe-TiO2光催化剂的制备负载及其光催化性能的研究

摘要

本研究采用溶胶.凝胶法分别制备了TiO2、Fe掺杂的Fe-TiO2、Fe与SDS(十二烷基硫酸钠)共同掺杂有机改性的Fe/SDS-TiO2;又以活性炭纤维(ACF)为载体,采用溶胶.凝胶法和浸渍法制备了载有Fe掺杂TiO2薄膜的负载型Fe-TiO2/ACF复合光催化剂,并对其掺杂改性的样品进行了XRD、UV-vis、SEM、TEM等表征分析。利用以上制备的光催化样品对以甲基橙为模拟污染物的废水进行光催化实验,并探讨了掺杂、有机改性剂SDS和煅烧温度对其光催化性能的影响。
　　 Fe的掺杂能有效捕获光生电子,抑制电子.空穴的复合,并使TiO2吸收带边红移,提高了光催化效率。XRD和TEM分析表明Fe的掺杂使TiO2的晶粒尺寸减小,能抑制TiO2粒子的增长,而且使TiO2晶格产生畸变;UV-vis分析表明,Fe掺杂使TiO2的带隙减小,吸收边带红移;SEM分析可以看出掺杂粒子的增加,在适量的掺杂量的情况下比表面积随之增大,以上分析均显示Fe的掺杂可以提高纳米TiO2的光催化性能。在样品的制备降解实验中,Fe的最佳掺杂摩尔比为0.1％,最佳煅烧温度为600℃。
　　 有机改性剂SDS的加入可以改变掺杂Fe的TiO2粒子的性质。对Fe/SDS-TiO2进行XRD分析表明SDS的改性可以改变Fe-TiO2的颗粒粒径,引起其比表面积和晶格畸变的变化,从而改变了其光催化性能;对空白TiO2、Fe掺杂的TiO2、Fe掺杂SDS改性的TiO2进行TEM分析表明,有机改性剂SDS改性TiO2可以改进TiO2的分散性能,有效地抑制晶粒长大。
　　 对于负载型Fe-TiO2/ACF复合催化剂,SEM分析显示两种不同Fe-TiO2光催化剂状态下制备的负载型催化剂中,Fe-TiO2都很好的粘结在ACF的表面和网状搭桥纤维中,而相较于负载Fe-TiO2溶胶的复合催化剂,负载Fe-TiO2粉末的复合催化剂颗粒聚集在一起,团聚较严重,使得表面负载的颗粒大小不均匀也较为分散。在以100mg/L的甲基橙为模拟降解物,紫外光源照射下,对比两种不同状态的Fe-TiO2制备的负载型催化剂的催化活性和重复使用性的实验中,若达到对甲基橙一样的降解效果,负载粉末的复合催化剂重复使用次数更少,负载强度更差,颗粒脱落更为严重,所以负载溶胶的复合催化剂能够较久的保持其光催化活性。