TiO2-ZrO2-Bi2WO6催化剂的制备及其对苯的降解性能*

2014-06-23徐平邢焰吴大旺

合成化学 2014年3期

关键词：都匀紫外光气相

徐平，邢焰，吴大旺

(1.黔南民族师范学院化学与化工系，贵州都匀 558000;

2.四川大学化学学院教育部绿色化学重点实验室，四川成都 610064)

TiO2-ZrO2-Bi2WO6催化剂的制备及其对苯的降解性能*

徐平1，2，邢焰1，吴大旺1

(1.黔南民族师范学院化学与化工系，贵州都匀 558000;

2.四川大学化学学院教育部绿色化学重点实验室，四川成都 610064)

Bi2WO6;ZrO2-TiO2;催化剂;制备;光催化;苯

以半导体为催化剂，利用太阳光催化有毒污染物质作为一种有效的治理污染方法已成为光催化领域的研究热点。自1972年报道了TiO2在紫外光照射下可分解水生成氢气和氧气后［1］，TiO2因其具有能将有机物矿化、无二次污染等独特性能引起了人们的极大关注。但是，由于TiO2禁带宽度较宽，光生电子和空穴的复合率高，导致其可见光利用率低。因此如何开发出高效的可见光诱导的光催化剂是环境污染治理及可再生能源开发的重要内容之一。

在光催化领域，有关降解气相苯的研究较少。由于苯是常见的气相有机污染物，来源广泛、毒性大、难降解和高致癌性，环境危害性大，对其进行降解研究意义重大。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

X'Pert Pro MPD型X-射线衍射仪(XRD); Rise-1032吸附仪(BET);TU-1901型紫外-可见分光光度计;NEXUS-670型红外光谱仪(KBr压片);GC2000-Ⅱ型气相色谱仪(FID检测器，GDX 101色谱柱);XSAM-800型能谱仪上(XPS)。

硫酸氧钛(TiOSO4·2H2O)和硝酸锆［Zr (NO3)4·3H2O］，工业级，丹东中和化工厂;氨水(NH3·H2O)，分析纯，成都金山试剂厂;硝酸铋［Bi(NO3)3·5H2O］，分析纯，成都科龙化工试剂厂;偏钨酸铵［(NH4)6H2W12O40·XH2O］，分析纯，江苏姜堰安达公司。

1.2 催化剂(Cat)的制备

1.3 Cat的活性评价

以气相苯模拟气体污染物，分别在紫外光和可见光照射下，观察催化剂对气相苯的分解。反应箱为一密闭的不锈钢腔体(165 L)，支架顶部安装一台微风扇，陶瓷加热板(12 cm×12 cm)置于反应箱内支架的底部。其上方有3支功率各8 W，共24 W的紫外杀菌灯，主波长254 nm，或两支波长在400 nm～720 nm，各200 W共400 W的钨丝灯。

将Cat 0.3 g均匀分散在反应箱内面积为98 cm2的铝箔上，箱内温度控制在(50±3)℃。将苯注入反应箱使其挥发，并使苯蒸气的浓度蒸发至约1 mg·L-1。苯降解过程中，每隔30 min取样，采用气相色谱仪分析气相苯的浓度。按下式计算苯的降解率。

式中:C0为气体苯的初始浓度(体积分数)，Ct为开灯照射后t时刻苯的浓度

2 结果与讨论

2.1 Cat的催化性能

图1 紫外光照射下Cat对苯的降解活性Figure 1Degradation of C6H6over Cat under ultraviolet light irradiation for 5 h

表1 可见光照7 h Cat对苯的降解率Table 1Degradation of C6H6over Cat under visible light irradiation for 7 h

2.2 表征

(1)XRD及织构性质

图2 Cat的XRD谱图Figure 2XRD patterns of Cat

综上所述，Bi2WO6的掺杂阻碍了TiO2晶体的聚集，使得催化剂晶粒尺寸减小，晶粒尺寸的减小和锐钛矿相含量的增高均能提高光催化效率［3］，与催化剂对紫外光的降解活性一致。

(2)FT-IR

表2 Cat的晶粒尺寸、晶胞参数、半峰宽、比表面积、禁带宽度Table 2Crystallite size，lattice parameters，FWHM of anatase(101) plane，BET surface areas，pore size and band gap of Cat

图3 Cat的FT-IR谱图Figure 3FT-IR spectra of Cat

(3)UV-Vis漫反射

图4 Cat的紫外-可见漫反射谱图Figure 4UV-vis diffuse reflection absorption spectra of Cat

(4)XPS

表3 Cat中各元素的表面结合能Table 3Binding energies of Cat

3 结论

［1］Fujishima A，Honda K.Electrochenical photocatalysis of water at a semiconductor electrode［J］.Nature，1972，238:37-38.

［2］Hong X T，Wang Z P，Cai W M，et al．Visible-lightactivated nanoparticle photocatalyst of iodine-doped ［J］.Chem Mater，2005，17(6):1548-1552.

［3］余家国，赵修建，韩建军，等.TiO2/SiO2复合薄膜的晶型和晶粒尺寸研究［J］.硅酸盐学报，2001，29 (3):286-190.

［4］王光平，仇伟，任成军，等.混晶Zr掺杂Pt/TiO2催化剂光热催化氧化苯［J］.催化学报，2009，30(9): 913-918.

［5］余长林，杨凯等.水热合成Bi2WO6/ZnO异质结型光催化及其光催化性能［J］.无机材料学报，2011，26(11):1157-1163.

［6］Hou Y D，Wang X C，Wu L，et al．N-Doped SiO2/ TiO2mesoporousnanoparticles with enhanced photocatalytic activity under visible-light irradiation［J］.Chemosphere，2008，72:414-421.

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［8］Yu C L，Yu J M，Chan M.Sonochemical fabrication of fluorinated mesoporous titanium dioxide microspheres ［J］.Solid State Chem，2009，182:1061-1069.

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［10］Basti Z，Senkevich A I，Spirovova I，et al．Quantitative analysis of conductive coatings by radiofrequencypowered glow discharge optical emission spectrometry:Hydrogen，d.c.bias voltage and density corrections［J］.surf Interface Anal，2002，34:477-477.

Preparation of TiO2-ZrO2-Bi2WO6Catalysts and Its Photocatalytic Activities on Decomposing Benzene

XU Ping1，2，XING Yan1，WU Da-wang1

(1.Departement of Chemistry and Chemical Engineering，Qiannan Normal College Nationality，Duyun 558000，China; 2.Key Laboratory of Green Chemistry and Technology of the Ministry of Education，College of Chemistry，Sichuan university，Chengdu 610064，China)