二氧化钛复合材料的制备及性能研究

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TiO2光催化剂凭借强氧化能力、高稳定性、廉价和无毒性广泛用于降解有机污染物。然而,TiO2的实际应用受到其低量子产率和宽带隙的限制。为了得到高效的可见光响应型光催化剂,我们通过超声法将UiO-66-FP与HPW/TiO2复合,成功制备了UiO-66-FP/HPW/TiO2三组分复合材料。通过UiO-66-FP和H3PW12O40的引入来提高TiO2的光催化活性。解决了Ti O2光响应区域窄和光生e--h+对易复合的问题。采用XRD、FT-IR、TEM、SEM辅助EDS、XPS、N2吸附-脱附等测试手段对UiO-66-FP/HPW/TiO2进行了结构、形貌、组成、比表面积及孔结构表征,通过紫外可见漫反射来研究复合物的光吸收性质。以染料(RhB)为有色污染物,考察了所制备样品的光催化活性,发现10 wt.%UiO-66-FP/HPW/TiO2的光催化活性最高。模拟太阳光照射30 min后,其对RhB分子的降解率为94.5%。可见光照射80 min后,10 wt.%UiO-66-FP/HPW/Ti O2对RhB分子的降解率为98.6%,反应速率常数是HPW/TiO2的4.68倍。可见光照射10 h后,TOC降低了RhB初始值的95.3%,表明污染物已基本转化为CO2、H2O及无机离子。为了消除UiO-66-FP/HPW/TiO2降解过程中的光敏影响,选择无色氧氟沙星(OFX)作为对光不敏感的目标污染物进行光降解实验。10 wt.%UiO-66-FP/HPW/TiO2样品仍具有最高的光催化活性,模拟太阳光照射50 min后,其对OFX分子的降解率为94.8%。可见光照射120 min后,10 wt.%UiO-66-FP/HPW/TiO2对OFX分子的降解率为97.2%,反应速率常数是HPW/TiO2的4.14倍。可见光照射10 h后,TOC降低了OFX初始值的91.7%,表明污染物已基本转化为CO2、H2O及无机离子。且10 wt.%UiO-66-FP/HPW/TiO2复合物经四次循环利用后仍保持高稳定性。结合荧光光谱、光响应电流、电化学阻抗谱以及活性物种捕获测试,研究了UiO-66-FP/HPW/Ti O2光降解OFX的机理;推测了UiO-66-FP/HPW/TiO2异质结构可能的电荷转移路径;确定了在UiO-66-FP/HPW/TiO2光降解系统中·O2-和h+VB是攻击OFX分子的主要活性物质,·OH在光降解过程中起辅助作用。
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