Mn摻雜TiO2光催化降解亞甲基藍(lán)工藝條件的研究

張淑娜 楊彬

【摘要】本文通過(guò)溶膠-凝膠法制備了TiO2光催化劑，并在此基礎(chǔ)上制備了氯化錳摻雜的TiO2光催化劑。通過(guò)對(duì)亞甲基藍(lán)的光催化降解實(shí)驗(yàn)表征了該催化劑在可見(jiàn)光下對(duì)染料污染物的降解能力。

【關(guān)鍵詞】納米二氧化鈦 摻雜 溶膠-凝膠法

自從1972年Fujishina和Honda發(fā)現(xiàn)在光照條件下TiO2能夠分解H2O以來(lái)，TiO2的光催化性能日益受到學(xué)者們的重視[1-3]。但TiO2光譜響應(yīng)范圍窄限制了它在污染物降解中對(duì)太陽(yáng)能的利用，因此，負(fù)載TiO2成為了研究熱點(diǎn)。本文采用溶膠-凝膠法來(lái)制備TiO2，并在此基礎(chǔ)上制備了摻雜了氯化錳的TiO2光催化劑。通過(guò)亞甲基藍(lán)的光催化降解實(shí)驗(yàn)對(duì)催化劑的可見(jiàn)光催化性能進(jìn)行了探究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 光催化劑的制備

1.1.1納米TiO2光催化劑的制備

將一定量的無(wú)水乙醇溶于盛有稱(chēng)取好的鈦酸丁酯（C16H36O4Ti）燒杯中，制得A液；向A液中先后滴入鹽酸和乙酸，將A液置于集熱式恒溫磁力攪拌器上在室溫下持續(xù)攪拌。將無(wú)水乙醇和蒸餾水的混合液（B液）緩慢滴入A液中，待B液滴完后再繼續(xù)攪拌2 h即可得到TiO2溶膠，陳化24 h，得到凝膠。將干凝膠研磨后于450 ℃下焙燒4 h即可得到TiO2光催化劑粒子。

1.1.2 氯化錳摻雜納米TiO2的制備

氯化錳摻雜納米TiO2的制備方法與納米TiO2光催化劑的制備方法相同，只是將B液換成氯化錳、蒸餾水和無(wú)水乙醇的混合液。

2 結(jié)果與討論

2.1催化劑的表征

圖1 B為純的TiO2、C為MnCl2/TiO2樣品的紫外可見(jiàn)漫反射光譜圖

圖1為純的TiO2（B）和摻雜MnCl2/ TiO2樣品（C）的紫外可見(jiàn)漫反射光譜圖。由圖可以看出，摻雜氯化錳的TiO2樣品在紫外光區(qū)有較低的反射，其反射率小于純的TiO2，說(shuō)明氯化錳摻雜能提高TiO2對(duì)紫外光的吸收，但是并不能改變TiO2的光響應(yīng)范圍。

圖2 不同樣品用量對(duì)亞甲基藍(lán)降解240 min后的降解曲線 （B）8 mg；（C）40 mg；（D）200 mg；（E）500 mg

由圖2可知，隨著MnCl2/TiO2樣品用量的增加，亞甲基藍(lán)溶液的降解率逐漸增大，在催化劑用量為0.2 g時(shí)降解率最高，在240 min時(shí)亞甲基藍(lán)光催化降解效率可以達(dá)78%以上；繼續(xù)增加催化劑的量時(shí)，亞甲基藍(lán)光催化降解率開(kāi)始下降，所以催化劑的最佳投入用量為1 g/L。其原因有可能是：當(dāng)MnCl2/TiO2的投入量較少時(shí)，光源產(chǎn)生的光子不能被完全轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，使得光子能量不能得到充分的利用。適當(dāng)增加催化劑的用量，可以產(chǎn)生更多的活性物種，增大反應(yīng)的固液接觸面，進(jìn)而提高催化反應(yīng)速率。但當(dāng)催化劑的加入量過(guò)大時(shí)，較高濃度的MnCl2/TiO2懸浮顆粒會(huì)對(duì)入射光屏蔽和散射入射光，影響溶液的透光率而損失光能。

3 結(jié) 論

采用溶膠-凝膠法制備的摻雜氯化錳的TiO2光催化劑。通過(guò)紫外可見(jiàn)圖譜說(shuō)明摻雜氯化錳不能擴(kuò)展TiO2的光響應(yīng)范圍；在亞甲基藍(lán)溶液初始濃度為10 mg/L，催化劑用量為8 mg時(shí)，可見(jiàn)光照射4 h降解率達(dá)到84.66%。

【參考文獻(xiàn)】

[1] Fujishima A，Honda K.Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode[J].Nature，1972，238 （5358）：37 -38.

[2] Asahi R， Morikawa T， Ohwaki T， Aoki K， Taga Y.Visible-light photocatalysis in nitrogen-doped titanium oxides[J].Science，2001，293-296.

[3] Ryuhei Nakamura，Tomoaki Tanaka，Yoshihiro Nakato.

Mechanism for visible light responses in anodic photocurernts at N-Doped TiO2 film electrodes [J].J.Phys.Chem.B.2004，108（30）：10617-10620.