改性tio2的制備、表征及光解水制氫性能研究

1、改性改性TiOTiO2光電催化特性研究光電催化特性研究尚世通2，張雷1，何隨1，郝慧聰1，王德英1.2（1.煙臺(tái)大學(xué)，山東煙臺(tái)264005；2.東北電力大學(xué)，吉林132012）摘要；要；以陶粒為載體，采用改進(jìn)的溶膠凝膠法制備B、Ni共摻雜陶粒負(fù)載納米TiO2光催化劑。利用XRDTGDTAFTIR等手段對(duì)其組成、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分析和表征。以250W紫外燈為光源，三乙胺為目標(biāo)污染物和電子給體，考察了BNi2O3TiO2陶粒合成體降解污染物耦合光

2、解水制氫的光催化性能；結(jié)果表明：所制得的BNi2O3TiO2陶粒催化劑具有較高的產(chǎn)氫效率，并探討了焙燒溫度、三乙胺溶液初始濃度等對(duì)催化劑光催化活性的影響。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：BNi2O3TiO2陶粒有機(jī)污染物；光催化降解；制氫PreparationacterizationofmodifiedTiO2theperfmanceofphotocatalyticdecompositionofwaterintohydrogenSHANGShitong

3、2ZHANGLei1Hesui1，HAOHuicong1WANGDeying12(1.YantaiUniversity，ShongYantai264005China2.NtheastDianliUniversity，Jilin，132012China)Abstract:BNi2O3TiO2hayditecompositephotocatalystswerepreparedviamodifiedsolgelmethodbyacarrier

4、ofhayditeTheaspreparedcompositeswereanalysedacterizedwithregardtotheircomponentsstructureetc.byXRDTGDTAFTIR.UsingtriethylamineasthepollutantselectrondonsphotocatalytichydrogengenerationdecompositionofthepollutantsoverBNi

5、2O3TiO2hayditewerestudiedby250WUVlamp.Itisshowedthatthispreparationleadstoahighlyphotocatalytichydrogengenerationactivity.Meanwhiletheeffectsofcalcinationtemperatureconcentrationofthepollutantsonphotocatalytichydrogengen

6、erationwerealsoinvestigated.21世紀(jì)以來(lái)，能源危機(jī)和環(huán)境污染日益嚴(yán)重，成為制約經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題；因此，當(dāng)前在設(shè)法降低現(xiàn)有常規(guī)能源造成環(huán)境污染的同時(shí)，開(kāi)發(fā)可循環(huán)使用的清潔能源對(duì)于發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重大的意義[12]。而氫氣作為二次能源載體，具有清潔、高效、可貯存、可運(yùn)輸?shù)戎T多優(yōu)點(diǎn)傳統(tǒng)的化學(xué)制氫方法需要消耗大量的電力或礦物資源生產(chǎn)成本也普遍較高。太陽(yáng)能光解水制氫是利用太陽(yáng)光的能量在催化劑

7、的作用下分解水產(chǎn)生氫氣[3]；由于水和陽(yáng)光是自然界中資源最豐富、使用成本最低廉的物質(zhì)光催化分解水制氫正成為光催化和氫能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[47]。TiO2因具有價(jià)廉、無(wú)毒、化學(xué)與光化學(xué)性能穩(wěn)定和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞；但粉末TiO2在使用過(guò)程中存在易積聚、對(duì)微量有機(jī)物吸附性差和TiO2粉體從被降解物系中分離、回收、再利用困難等問(wèn)題，應(yīng)用受到限制；因此尋找適宜的載體提高負(fù)載型催化劑的光催化活性成為目前研究的重要課題之一[89]。陶粒具有

8、多微孔，比表面積較大、吸附能力強(qiáng)，強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，將是一種極具應(yīng)用前景的光催化劑載體。本文作者采用改進(jìn)溶膠凝膠法，以陶粒為載體制備出B、Ni共摻雜陶粒負(fù)載納米TiO2光催化劑，以三乙胺為電子給體，通過(guò)對(duì)污染物的光催化降解耦合光解水制氫實(shí)驗(yàn)考察了催化劑的光催化活性。1實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1.11.1實(shí)驗(yàn)材料與儀器實(shí)驗(yàn)材料與儀器實(shí)驗(yàn)材料：鈦酸四丁酯(分析純，上海三愛(ài)思試劑有限公司)，氯化亞鈦（分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠），乙酸鎳（分

9、析純，天津市巴斯夫化工有限公司），硼酸150014001300120011001000900800700600500400300212004006008001000bawt%40003500300025002000150010005000321譜線e中含有銳鈦礦和金紅石兩種晶型由于銳鈦礦型的光催化活性比金紅石型的大而在銳鈦礦中含有少量金紅石的混合晶型具有更高的光催化活性[12]故復(fù)合催化劑熱處理溫度控制在大約700℃從而在微粒的晶型上確

10、保催化劑具有最佳的光催化活性。此外，從圖上并沒(méi)有看到B和Ni2O3的特征峰，這可能是因?yàn)閾诫s量少的緣故。2.22.2熱重?zé)嶂夭顭岵顭?TGDTA)(TGDTA)分析分析BNi2O3TiO2陶粒隨熱處理溫度的變化規(guī)律如圖2。其中，圖線a代表熱重曲線，b代表差熱曲線。BNi2O3TiO2陶粒在空氣中270℃左右有一個(gè)明顯的放熱峰，同時(shí)溫度對(duì)應(yīng)的熱重曲線急劇下降，固相質(zhì)量有很大損失，據(jù)推測(cè)，該峰為丁酯、甲醇等有機(jī)溶劑熔化引起，依相對(duì)比推斷此峰

11、為殘存的有機(jī)基團(tuán)與空氣中氧氣燃燒引起的放熱峰，到400℃有機(jī)物已基本分解完全，有機(jī)物的分解是在這一溫度區(qū)間完成的；600℃～800℃之間差熱曲線出現(xiàn)第2個(gè)放熱峰，從熱重曲線看，此時(shí)樣品質(zhì)量基本沒(méi)變，由此推斷該峰是晶型由銳鈦礦向金紅石轉(zhuǎn)變而引起的，該曲線變化經(jīng)歷的溫度較寬，轉(zhuǎn)變過(guò)程是逐漸完成的，與XRD分析結(jié)果相吻合；與TiO2本體的熱變化現(xiàn)象不同，晶變溫度升高了，原因可能是陶粒表面對(duì)TiO2晶粒生長(zhǎng)的阻遏作用使晶變發(fā)生所需要的活化能增大

12、，從而導(dǎo)致晶變溫度升高。Temperature℃圖2BNi2O3TiO2陶粒的熱重差熱分析圖2.32.3傅里葉變換紅外光譜傅里葉變換紅外光譜(FTIR)(FTIR)分析分析圖3是陶粒原樣及合成樣品在500℃熱處理溫度下的FTIR圖譜；圖4是陶粒原樣及合成樣品在500℃、700℃熱處理溫度下的FTIR圖譜。由圖3可知：合成樣品峰在860cm1處出現(xiàn)了新的小幅的吸收峰，該峰歸屬于TiSi鍵的振動(dòng)吸收峰，這可能是由于部分鈦進(jìn)入了陶粒骨架所造成

13、的。顯然，這種化學(xué)鍵合使得TiO2與陶粒載體的結(jié)合更為牢固。此外，合成樣品圖線在460cm1附wavenumbercm1圖3陶粒和BNi2O3TiO2陶粒復(fù)合體在500℃溫度下的紅外譜圖（1:陶粒；2:500℃）wavenumbercm1圖4陶粒和BNi2O3TiO2陶粒在不同熱處理溫度下的紅外譜圖（1:陶粒；2:500℃；3:700℃）近也出現(xiàn)一強(qiáng)烈振動(dòng)吸收峰，分析知其為銳鈦礦型TiO2中的TiO發(fā)生彎曲振動(dòng)所引起的，陶粒本身也出現(xiàn)了