磁可分纳米TiO2催化剂的制备及其光催化性能的研究

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具有光催化活性的锐钛矿型纳米TiO2,近年来作为一种新型环境功能材料被广泛用于废水处理中。但是,悬浮态TiO2存在着回收困难等问题,使废水处理运行成本提高。磁性纳米粒子在临界尺寸以下具有超顺磁性,在引入外磁场条件下,磁性纳米材料会随着强磁场的走向做定向移动。基于此,以超顺磁性纳米粒子为载体,将纳米TiO2固载在载体表面制成的磁性光催化剂能均匀地分散在反应液中,并保持较高的光催化活性,还能在外加磁场作用下实现催化剂的分离回收和重复利用,从而解决催化剂分离困难的问题,提高催化剂的使用效率。本论文采用稳定的Fe3O4磁流体中的超顺磁性Fe3O4纳米粒子作为磁核,采用St?ber法在Fe3O4纳米粒子表面包覆SiO2,制成超顺磁性Fe3O4/SiO2(FS)载体,并通过回流活化的方式对FS载体进行改性;根据钛酸丁酯(TNBT)水解产生的羟基能够和FS载体表面富含的羟基键合的原理,通过溶胶-凝胶法在FS载体表面固载纳米TiO2催化剂,制备出粒度均匀、尺寸均一、光催化性能和磁响应性能良好的具有“核-壳”结构的磁可分纳米TiO2催化剂(FS-TiO2);对催化剂的制备条件进行优化,得出TiO2理论固载量为44%时,使FS-TiO2催化剂具有较高光催化活性的制备条件为:制备时间2小时,pH为5,乙醇/水摩尔比为6:1。同时发现,对磁性FS载体改性后,能够增加FS载体表面Si-OH的数量,在一定程度上提高了TiO2光催化剂的实际固载量,并实现TiO2光催化剂在载体表面的稳定固载。通过FS-TiO2催化剂对普施安染料的降解评价其光催化性能;通过XRD、SEM、TEM、FTIR、XPS、UV-DRS、VSM等表征手段分析其物性。采用制备的磁可分纳米FS-TiO2催化剂对普施安(PR)染料进行光催化降解试验,并探讨该催化剂降解普施安染料溶液的操作条件。试验结果表明,FS-TiO2催化剂对PR溶液具有高效的降解能力,光催化对普施安(PR)的理想操作条件为温度17-180C、pH值1.0、催化剂投加量30mg、PR溶液浓度10mg/L。
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