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在众多的半导体光催化剂中,二氧化钛(TiO2)因其光催化活性高、稳定性好而在水处理领域倍受关注。针对目前粉末催化剂存在难以有效分离,光能利用率低,催化剂易于凝聚等缺点,本研究首先用一步水热法合成出单分散性的磁性ZnFe2O4空心球,然后将其与TiO2相结合,组装成磁载TiO2光催化剂,通过对样品进行掺杂改性,制备出了易于固液分离的、可见光响应TiO2空心球光催化剂,研究了紫外和可见光条件下,催化剂对罗丹明B和苯酚的光催化降解性能。本论文主要研究内容如下:
1.首先用水热法合成了尖晶石结构的ZnFe2O4空心球,利用其为模板采用溶胶-凝胶法合成了易于磁性固液分离的TiO2/ZnFe2O4双壳层空心球光催化剂。采用SEM、TEM、FT-IR、XRD等技术研究了颗粒形态及晶相组成。结果表明:制得的ZnFe2O4空心球粒径均匀,分散性良好,粒径大小为500nm,该方法所需温度低,操作简单,且重复性好,与P25相比,复合体系的催化效率有所下降,但可以通过改变包覆层TiO2的厚度来调节光催化剂的催化能力。
2.以ZnFe2O4空心球为磁性载体,SiO2为隔离层采用溶胶.凝胶法成功地制备了核壳结构TiO2/SiO2/ZnFe2O4空心球光催化剂。利用XRD、SEM、TEM和FT-IR等技术对其结构、形貌和表面性质进行了表征。研究了SiO2隔离层厚度和TiO2包覆层厚度对光催化剂性能的影响以及紫外光下催化剂对罗丹明B的降解性能。结果表明,引入SiO2惰性隔离层可以有效阻止ZnFe2O4对TiO2光催化性能的不利影响,随着SiO2隔离层厚度和TiO2包覆层厚度增加,样品的光催化活性增强,TiO2/SiO2/ZnFe2O4的最佳煅烧温度为500℃,而且复合光催化剂经5次循环后仍可以保持较高的光催化活性。
3.以硫脲为硫源、五水硝酸铋为铋源,采用溶胶-凝胶法合成了硫单掺的和铋、硫共掺的TiO2/SiO2/ZnFe2O4。利用XRD、SEM、UV-Vis等技术对其进行了表征。研究了掺杂量和煅烧温度对光催化剂活性的影响。结果表明:掺杂离子的引入抑制了TiO2由锐钛矿向金红石的转化,增强了TiO2对紫外光的吸收能力,拓宽了光谱吸收范围,提高了TiO2对太阳光的利用效率。在紫外光区和可见光区对罗丹明B和苯酚都有很好的降解能力。