TiO2-RGO-HGM復(fù)合光催化劑的制備及其催化降解性能研究

TiO2-RGO-HGM復(fù)合光催化劑的制備及其催化降解性能研究

摘要：本研究采用溶膠-凝膠法制備了一種新型的光催化劑，以二氧化鈦（TiO2）為基底材料、還原氧化石墨烯（RGO）和介孔硅膠（HGM）為修飾劑進(jìn)行改性。通過X射線衍射（XRD）、透射電子顯微鏡（TEM）、紅外光譜（FT-IR）等對制備材料進(jìn)行表征，并采用亞甲基藍(lán)（MB）作為污染物模擬物，考察了制備材料的催化降解性能。

關(guān)鍵詞：TiO2；RGO；HGM；光催化劑；催化降解性能

1.引言

目前，水體以及大氣中的有機污染物已經(jīng)成為全球環(huán)境保護的熱點問題之一。光催化技術(shù)因其高效、無二次污染、易于實施等優(yōu)勢，在有機污染物的降解處理中具有廣泛的應(yīng)用前景。而制備一種高效的光催化劑是實現(xiàn)該技術(shù)的關(guān)鍵問題。近年來，研究人員提出了多種改性的二氧化鈦光催化劑，如鐵酸鉍（BiFeO3）、氮氣摻雜氧化鈦（N-TiO2）等，這些材料在提高光催化活性的同時也存在一些問題，如光吸收能力差、壽命短等。為了解決這些問題，本研究引入還原氧化石墨烯和介孔硅膠進(jìn)行TiO2的改性，制備了一種新型的光催化劑。

2.實驗方法

2.1材料制備

以無水乙醇為溶劑，通過溶膠-凝膠法制備了TiO2/RGO/HGM復(fù)合光催化劑。首先，將正硅酸酯與無水乙醇混合，攪拌均勻后加入有機硅偶聯(lián)劑進(jìn)行改性，形成硅醇。然后將硅醇與無水乙醇和聚乙二醇混合，攪拌均勻得到前驅(qū)體溶液。接著加入適量的還原氧化石墨烯和二氧化鈦，調(diào)整其濃度并進(jìn)行超聲處理。最后，將前驅(qū)體溶液中加入少量的氨水，調(diào)節(jié)pH值，形成沉淀。將沉淀離心分離并用無水乙醇進(jìn)行洗滌，再通過真空干燥得到最終產(chǎn)物。

2.2材料表征

通過XRD對樣品的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，透射電子顯微鏡（TEM）觀察樣品的形態(tài)和孔徑結(jié)構(gòu)，并用紅外光譜（FT-IR）分析材料的化學(xué)組成。

3.結(jié)果與討論

通過XRD結(jié)果表明，制備的復(fù)合光催化劑以納米晶體的形式存在，并且不存在明顯的雜質(zhì)衍射峰，表明晶體結(jié)構(gòu)良好。TEM觀察發(fā)現(xiàn)，復(fù)合光催化劑具有較高的比表面積和均勻的孔徑分布，這有助于提高材料的光催化活性。FT-IR結(jié)果顯示，RGO和HGM成功修飾到了TiO2的表面，并且與TiO2發(fā)生了相互作用。

4.催化性能研究

利用亞甲基藍(lán)作為污染物模擬物，通過可見光照射下進(jìn)行光催化實驗，考察TiO2/RGO/HGM復(fù)合光催化劑對亞甲基藍(lán)的降解效果。結(jié)果顯示，復(fù)合光催化劑對亞甲基藍(lán)具有良好的催化降解性能，并且在可見光區(qū)域具有較高的光催化活性。降解過程中，亞甲基藍(lán)的吸光度隨時間的增加顯著降低，表明復(fù)合光催化劑有效降解了亞甲基藍(lán)。

5.結(jié)論

本研究成功制備了TiO2/RGO/HGM復(fù)合光催化劑，并對其進(jìn)行了表征。實驗結(jié)果表明，復(fù)合光催化劑具有較高的光催化活性和降解污染物的能力。該研究為制備高效的光催化劑提供了一種新思路，對提高環(huán)境污染物降解效率具有重要意義。

綜上所述，本研究成功制備了TiO2/RGO/HGM復(fù)合光催化劑，并通過XRD、TEM和FT-IR對其進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，復(fù)合光催化劑具有較高的比表面積和均勻的孔徑分布，且與TiO2發(fā)生了相互作用。光催化實驗結(jié)果顯示，復(fù)合光催化劑在可見光區(qū)域具有較高的光催化活性，并對亞甲基藍(lán)具有良好的催化降解性能。降解過程中，亞甲基藍(lán)的吸光度隨時間的增加顯著降