碳-氮共改性中空二氧化鈦光催化劑的同步合成及其高效的光催化行為和循環(huán)穩(wěn)定性研究

編號(hào)：FTJS08020

篇名：碳-氮共改性中空二氧化鈦光催化劑的同步合成及其高效的光催化行為和循環(huán)穩(wěn)定性研究

作者：肖穎冠 孫孝東 李霖昱 陳娟榮 趙仕東 蔣采國(guó) 楊露瑤 程黎 曹順生

關(guān)鍵詞： 同步合成 碳氮共改性二氧化鈦 中空微球 四環(huán)素 光催化作用

機(jī)構(gòu)： 江蘇大學(xué)材料學(xué)院高分子研究院 江蘇大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院

摘要： 抗生素的濫用導(dǎo)致了嚴(yán)重的水體污染,如何處理水體中難以降解的抗生素是目前環(huán)境領(lǐng)域中重要的研究課題之一.研究發(fā)現(xiàn),二氧化鈦具有優(yōu)良的光催化性能,但由于其寬能帶(~3.2 eV),導(dǎo)致其低抗生素的降解率.本文構(gòu)建了一種新型的碳氮共改性中空二氧化鈦光催化劑(C/N-TiO2),研究發(fā)現(xiàn),所制備的C/N-TiO2不僅能提高二氧化鈦的可見(jiàn)光吸收,而且還有效地降低了其禁帶寬度,因此能大大地提高其對(duì)四環(huán)素的降解能力和降解速率.該新型的C/N-TiO2光催化劑主要利用陽(yáng)離子聚苯乙烯作為創(chuàng)造二氧化鈦中空結(jié)構(gòu)的模板和碳源,在氨/氬混合氣作用下煅燒,能同步制備出碳-氮共改性的中空二氧化鈦光催化劑. TEM和SEM電鏡圖清晰顯示出C/N-TiO2具有良好的中空結(jié)構(gòu). STEM Mapping測(cè)試證實(shí)碳和氮元素都均勻地分布在C/N-TiO2的中空微球上,實(shí)現(xiàn)了其良好的改性. N1s的XPS譜圖顯示出在N-TiO2和N-TiO2?x的特征峰的存在,證實(shí)了氮摻雜TiO2的成功合成.固體紫外也進(jìn)一步證實(shí)了C/N-TiO2不僅具有強(qiáng)的紫外光吸收,還因碳和氮共改性呈現(xiàn)出強(qiáng)的可見(jiàn)光吸收.更重要的是,這種碳/氮共改性有效地降低了TiO2的禁帶寬度(~2.83 eV).研究了C/N-TiO2光催化劑在可見(jiàn)光和模擬太陽(yáng)光作用下,對(duì)四環(huán)素類的光催化降解行為,并與碳改性的中空二氧化鈦(C/TiO2)的進(jìn)行比較.結(jié)果表明,在可見(jiàn)光作用下, C/N-TiO2光催化劑在30 min內(nèi)能降解大約86.3%四環(huán)素,高于C/TiO2對(duì)四環(huán)素(76.4%).在可見(jiàn)光降解氯四環(huán)素時(shí), C/N-TiO2也取得了比C/TiO2更高的降解率.我們進(jìn)一步測(cè)試了兩種催化劑在模擬太陽(yáng)光作用下的催化性能差異.結(jié)果表明, C/TiO2對(duì)四環(huán)素降解率達(dá)到98.3%,而C/N-TiO2在30 min內(nèi)幾乎實(shí)現(xiàn)了四環(huán)素的完全降解(99.6%).根據(jù)Langmuir-Hinshelwood計(jì)算出四環(huán)素的降解速率,發(fā)現(xiàn)C/N-TiO2對(duì)四環(huán)素的降解速度為0.1812min?1,是同樣條件下C/TiO2的1.4倍.結(jié)果表明,所研制的C/N-T