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鋯摻雜二氧化鈦基可見光催化劑的制備及其催化性能

發(fā)布時間:2020-12-10 20:26
  采用溶膠-凝膠法制備了不同Zr摻雜量的Zr-TiO2催化劑,并通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡、傅里葉紅外光譜對其進(jìn)行表征,探究Zr元素的摻雜比例、催化劑制備的焙燒溫度及反應(yīng)物初始濃度等條件對催化劑在可見光下降解亞甲基藍(lán)性能的影響。結(jié)果表明,制備的Zr-TiO2催化劑粒徑為納米級,Zr-TiO2催化劑對亞甲基藍(lán)有明顯光催化降解作用,且不同Zr與Ti摻雜比例對亞甲基藍(lán)溶液降解效率影響顯著,當(dāng)Zr元素?fù)诫s量為20%,焙燒溫度為550℃時,制備的550℃-20%Zr-TiO2催化劑對20 mg·L-1的亞甲基藍(lán)溶液降解效果最優(yōu),降解5 h時降解率為91.8%。并且550℃-20%Zr-TiO2催化劑在可見光下催化降解亞甲基藍(lán)符合一級動力學(xué)模型,R2>0.95,擬合直線有較好的擬合度,表明催化劑具有較強的降解能力。 

【文章來源】:工業(yè)催化. 2020年08期 第42-48頁

【文章頁數(shù)】:7 頁

【部分圖文】:

鋯摻雜二氧化鈦基可見光催化劑的制備及其催化性能


不同Zr元素?fù)诫s量的TiO2對亞甲基藍(lán)的降解曲線

催化劑,溫度,銳鈦礦


分別在焙燒溫度500 ℃、550 ℃和600 ℃下制得納米20%Zr-TiO2光催化劑,考察催化劑對初始質(zhì)量濃度為20 mg·L-1的亞甲基藍(lán)的降解效果,結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出,當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行至5 h時,焙燒溫度為500 ℃、550 ℃、600 ℃的催化劑,降解率分別為67.6%、87.8%和60.5%。在550 ℃焙燒2 h的光催化活性明顯高于其他溫度焙燒的催化劑,這說明從500 ℃升高溫度至550 ℃,樣品的銳鈦礦晶型結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)并逐漸趨于完整,催化劑表面生成有較多的活性位點,光生空穴-電子對能夠迅速轉(zhuǎn)移到催化劑表面參與反應(yīng)。當(dāng)焙燒溫度高于或低于此溫度時,催化活性有所降低,這有可能是因為焙燒溫度會影響銳鈦礦相結(jié)晶的形成[16-17],故較優(yōu)的焙燒溫度為550 ℃。2.3 亞甲基藍(lán)初始濃度對催化性能的影響

甲基,初始濃度,催化劑,性能


以550 ℃-20%Zr-TiO2為光催化劑,分別加入等量不同初始濃度的亞甲基藍(lán)溶液,考察亞甲基藍(lán)初始濃度對催化性能的影響,結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出,隨著亞甲基藍(lán)初始濃度的升高,光催化降解效率降低,隨著反應(yīng)進(jìn)行,光催化降解趨勢變緩。這是因為溶液濃度越高,光源產(chǎn)生的光穿過溶液的能力越弱,光催化劑產(chǎn)生的游離電子和空穴減少,降解效果越差。而光催化通常發(fā)生在TiO2表面,反應(yīng)的溶液濃度越高,產(chǎn)生的中間產(chǎn)物濃度越高,易與亞甲基藍(lán)產(chǎn)生競爭吸附,減少催化劑表面對光的有效利用,因此降解趨勢變緩[1,18]。

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本文編號:2909318

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