TiO2-RGO-HGM复合光催化剂的制备及其催化降解性能研究

TiO2-RGO-HGM复合光催化剂的制备及其催化降解性能研究

摘要：本研究采用溶胶-凝胶法制备了一种新型的光催化剂，以二氧化钛（TiO2）为基底材料、还原氧化石墨烯（RGO）和介孔硅胶（HGM）为修饰剂进行改性。通过X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、红外光谱（FT-IR）等对制备材料进行表征，并采用亚甲基蓝（MB）作为污染物模拟物，考察了制备材料的催化降解性能。

关键词：TiO2；RGO；HGM；光催化剂；催化降解性能

1.引言

目前，水体以及大气中的有机污染物已经成为全球环境保护的热点问题之一。光催化技术因其高效、无二次污染、易于实施等优势，在有机污染物的降解处理中具有广泛的应用前景。而制备一种高效的光催化剂是实现该技术的关键问题。近年来，研究人员提出了多种改性的二氧化钛光催化剂，如铁酸铋（BiFeO3）、氮气掺杂氧化钛（N-TiO2）等，这些材料在提高光催化活性的同时也存在一些问题，如光吸收能力差、寿命短等。为了解决这些问题，本研究引入还原氧化石墨烯和介孔硅胶进行TiO2的改性，制备了一种新型的光催化剂。

2.实验方法

2.1材料制备

以无水乙醇为溶剂，通过溶胶-凝胶法制备了TiO2/RGO/HGM复合光催化剂。首先，将正硅酸酯与无水乙醇混合，搅拌均匀后加入有机硅偶联剂进行改性，形成硅醇。然后将硅醇与无水乙醇和聚乙二醇混合，搅拌均匀得到前驱体溶液。接着加入适量的还原氧化石墨烯和二氧化钛，调整其浓度并进行超声处理。最后，将前驱体溶液中加入少量的氨水，调节pH值，形成沉淀。将沉淀离心分离并用无水乙醇进行洗涤，再通过真空干燥得到最终产物。

2.2材料表征

通过XRD对样品的晶体结构进行分析，透射电子显微镜（TEM）观察样品的形态和孔径结构，并用红外光谱（FT-IR）分析材料的化学组成。

3.结果与讨论

通过XRD结果表明，制备的复合光催化剂以纳米晶体的形式存在，并且不存在明显的杂质衍射峰，表明晶体结构良好。TEM观察发现，复合光催化剂具有较高的比表面积和均匀的孔径分布，这有助于提高材料的光催化活性。FT-IR结果显示，RGO和HGM成功修饰到了TiO2的表面，并且与TiO2发生了相互作用。

4.催化性能研究

利用亚甲基蓝作为污染物模拟物，通过可见光照射下进行光催化实验，考察TiO2/RGO/HGM复合光催化剂对亚甲基蓝的降解效果。结果显示，复合光催化剂对亚甲基蓝具有良好的催化降解性能，并且在可见光区域具有较高的光催化活性。降解过程中，亚甲基蓝的吸光度随时间的增加显著降低，表明复合光催化剂有效降解了亚甲基蓝。

5.结论

本研究成功制备了TiO2/RGO/HGM复合光催化剂，并对其进行了表征。实验结果表明，复合光催化剂具有较高的光催化活性和降解污染物的能力。该研究为制备高效的光催化剂提供了一种新思路，对提高环境污染物降解效率具有重要意义。

综上所述，本研究成功制备了TiO2/RGO/HGM复合光催化剂，并通过XRD、TEM和FT-IR对其进行了表征。结果表明，复合光催化剂具有较高的比表面积和均匀的孔径分布，且与TiO2发生了相互作用。光催化实验结果显示，复合光催化剂在可见光区域具有较高的光催化活性，并对亚甲基蓝具有良好的催化降解性能。降解过程中，亚甲基蓝的吸光度随时间的增加显著降