将纳米级TiO2颗粒分散在硅酸盐上在紫外

1、将纳米级TiO2颗粒分散在硅酸盐上在紫外-可见光下光催化降解染料污染物 Jingyi Lia , Chuncheng Chena , Jincai Zhaoa*, Huaiyong Zhub .Jason Orthmanb Centre for Molecular Science, Institute of Chemistry, The Chinese Academy of Science, Beijing 100080, China Nanomaterials Centre and Department of Chemical Engineering, The University of Q

2、ueensland, St. Lucia, Qld 4072, AustraliaReceived 30 November 2001; received in revised form 7 January 2002; accepted 9 January 2002AbstractA novel catalyst, TiO 2 nanoparticles dispersed in silicate, were used to photodegrade sulforhodamine B (SRB) under UVVIS irradiation. With good photocatalytic

3、activity and the ability to be readily separated from the reaction system, this novel catalyst exhibits the potential to be effective in the treatment of dye pollutants in aqueous systems. 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved. Keywords:Titania; Silicate; SRB; UVVIS irradiation1、引言 基于藤岛和本田报

4、道了他们致力于研究在水中以TiO2为电极1的催化特性，并得出了其催化效率有效增加了，近年来在异构环境复原与光催化剂的光催化是最活跃的领域之一，TiO2的催化特性已经应用于催化分解废水中的有机物2,3。在TiO2的催化作用并在光触媒紫外线照射下许多有机污染物都可降解并且矿化412。以下是靠氧化光降解有机物并广泛得到认可的结构。一旦TiO2粒子被紫外光辐射h+立刻形成。这里，一些主要来自于依靠光h+氧化OH-或H2OOH的自由基负责对样品结构的初步破坏。氧的存在也是至关重要的，其主要作用是作为一个高效的e“捕捉器”生成了O2从而阻止了e和h+的重组。氧化有机基质湿度通过这一机制可以发生反应(1):

5、 RH 或 R+O2, O2 , HOO或OH 过氧或羟基中间体 降解或矿化产品 (1) 然而，有两个问题严重限制这种光催化反应的应用。 第一个限制问题是人造紫外光源价格昂贵，天然紫外光在阳光中只占一小部分（约3-5 %)。第二个限制问题是二氧化钛粒子难以从处理后的水中分离出来。最近，我们报道的在液态分散的二氧化钛并曝露在可见光下可降解多种染料1317。已知的辐射机制依赖其本身结构。(2)(7)已被证明在紫外线下染料的降解不能实现并且它的实现并不是由于TiO2而是因为可见光的作用 dye + hdye (2) dye+ TiO2dye+TiO2(e ) (3) TiO2(e ) + O2 Ti

6、O2 + O2 (4) O2-+ TiO2 (e ) + 2H+H2 O2 (5) H2 O2 + TiO2(e ) OH+ OH (6) dye +O2 (or O2 orOH) 基团或羟基中间体 降解或矿化产品 (7) 因此，有一条非常诱人的路线是以二氧化钛为催化剂用廉价的可见光或阳光来处理或预处理染料污染物。 另一方面，超细的二氧化钛粉末具有很大的表面积，又因为该反应将是在其表面发生反应，所以二氧化钛将会表现出良好的催化活性。然而，当纯二氧化钛粉末用于水性体系时，这些超细粉末将很难恢复，从而导致下游分离时潜在困难。一个可行性的方法是将稳定的纳米钛分散在无机介质；例如层状粘土，同时确保二氧

7、化钛晶体大部分表面可接受各种分子。然而，复合物颗粒结构会强烈影响其催化性能。 在本文中，三个纳米二氧化钛和硅酸盐复合物被用作光催化剂降解磺酰罗丹明B(SRB)。作为一种新型的复合物样品（二氧化钛纳米颗粒）分散在硅酸盐中已经进行了研究。结构二氧化钛膨润土样品可可根据干燥过程的不同而明显不同。该Ti-O样本，准备用具有强酸性和粘土分散酸碱度高通过溶胶钛反应，会得到与传统二氧化钛层柱粘土截然不同的结构二氧化钛膨润样品可根据干燥过程不同而明显不同。在此示例中，二氧化钛（锐钛矿）几纳米大小的粒子是分散在硅酸盐片，没有整齐的取向。然而，大面积TiO2可用于光催化反应。重要的是，这三种催化剂一经光解反应完成

8、后并经水过滤、沉淀可以很容易分开。2、试验段2.1材料商业二氧化钛P25（含约80%的锐钛矿和金红石和一个20%大概面积为50平方/克）由德固赛公司提供。2.2.催化剂 详细的制备和表征催化剂如1820。二氧化钛膨润样品的主要化学成分：57% TiO2 ; 29% SiO2; 10% Al2 O3; 1.3% Fe2 O3。 2.3.光反应器和光源 紫外线是一个100瓦的汞灯(> 330 nm, Toshiba SHLS-1002A)。一个500瓦的卤素灯作为一个可见的光源，是定位在一个圆柱形玻璃管周围循环水套高硼硅玻璃冷却灯。 2.4.程序分析 一个水溶液中二氧化钛分散剂添加25mg二

9、氧化钛放入含硫酸盐25mL溶液。3、结果与讨论3.1.紫外可见光谱的变化 以下紫外光照射可见列图及浓度变化的资料记录 820 18203.2.化学需氧量的测量 变化中的化学需氧量分散的反映在任何程度上的染料被降解或矿化过程。3.3.电子顺磁共振光谱分析 光谱图3组成的信号由于2种自旋化合物的硫酸盐氧化二氧化钛在紫外线脉冲含有0.4mDMPO4、总结 紫外线-可见光谱，化学需氧量的测量和电子顺磁共振光谱已被用于P25，Ti-O,Ti-pilb.SCD和Ti-pilb在紫外光-可见辐射。该Ti-O样本显示良好的催化活性和降解水平但比P25略有下降，尽管二氧化钛在这样品占有59 %的比例，重要的是，

10、所有复合催化剂可以很容易从水中恢复，该Ti-O样品有一个较大的比表面积和较小的晶体尺寸。因此，有较大的Ti-O样本锐钛矿表面可降解反应发生后，它显示了一个更高光催化活性。强吸附性的SRB彭润土粘土层可以阻碍退化的SRB可能对Ti-pilb.SCD和Ti-pilb样品有害。鸣谢 这项工作的资金由NSFC和CAS提供。参考文献 1 A. Fujishima, K. Honda, Nature 37 (1972) 238.2 M. Schiavello (Ed.), Photocatalysts and Environment, KluwerAcademic Publishers, Dordrech

11、t, 1988.3 D.F. Ollis, H. Al-Ekabi (Eds.), Photocatalytic Purification andTreatment of Water and Air, Elsevier, Amsterdam, 1993.4 M.A. Fox, M.T. Dulay, Chem. Rev. 93 (1993) 341.5 (a) D.F. Ollis, E. Pelizzetti, N. Serpone, Environ. Sci. Technol.25 (1991) 1523;(b) N. Serpone, Res. Chem. Int. 20 (1994)

12、9536 (a) A. Mills, S. Le Hunte, J. Photochem. Photobiol. A 108(1997) 1;(b) H. Al-Ekabi, N. Serpone, J. Phys. Chem. 92 (1988) 5726.7 P.V. Kamat, Chem. Rev. 93 (1993) 267.8 M.R. Hoffmann, S.T. Martin, W. Choi, D.W. Bahnemann,Chem. Rev. 95 (1995) 69.9 H. Hidaka, S. Horikoshi, K. Ajiaka, J. Zhao, N. Ser

13、pone, J.Photochem. Photobiol. A 108 (1997) 197.10 H. Hidaka, J. Zhao, E. Pelizzetti, N. Serpone, J. Phys. Chem.96 (1992) 2226.11 C.D. Jaeger, A. Bard, J. Phys. Chem. 83 (1979) 3146.12 (a) I. Izumi, F.-R.F. Fan, A. Bard, J. Phys. Chem. 85 (1981)218;(b) J.C. Ireland, J. Valinieks, Chemosphere 25 (1992

14、) 383.13 (a) T. Wu, G. Liu, J. Zhao, H. Hidaka, N. Serpone, J. Phys.Chem. 102 (1998) 5845;(b) T. Wu, G. Liu, J. Zhao, H. Hidaka, N. Serpone, J. Phys.Chem. 103 (1999) 4862.14 (a) G. Liu, T. Wu, J. Zhao, H. Hidaka, N. Serpone, Environ.Sci. Technol. 33 (1999) 2081;(b) T. Wu, T. lin, J. Zhao, H. Hidaka,

15、 N. Serpone, Environ.Sci. Technol. 33 (1999) 1379.15 (a) G. Liu, X. Li, J. Zhao, H. Hidaka, N. Serpone, Environ.Sci. Technol. 34 (2000) 3982;(b) G. Liu, X. Li, J. Zhao, S. Horikoshi, H. Hidaka, J. Mol.Catal. 153 (2000) 221;(c) G. Liu, J. Zhao, H. Hidaka, J. Photochem. Photobiol. A133 (2000) 83.16 (a

16、) T. Wu, G. Liu, J. Zhao, H. Hidaka, N. Serpone, New J.Chem. 24 (2000) 93;(b) G. Liu, J. Zhao, New J. Chem. 24 (2000) 411.17 X. Li, C. Chen, J. Zhao, Langmuir 17 (2001) 4118.18 Z. Ding, H.Y. Zhu, G.Q. Lu, P.F. Greenfield, J. ColloidInterface Sci. 209 (1999) 193.19 H.Y. Zhu, G.Q. Lu, Langmuir 17 (2001) 588.20 H.Y. Zhu, J. Orthman, G.Q. Lu, J. Li, J. Zhao, submitted forpublication.21 Chinese National Standard, GB 11914-89, 1989.22 T. Watanabe, T. Takizawa, K. Honda, J. Phys. Chem. 81(1977) 18