WS2/TiO2/绢云母复合物的催化性能研究

刘雪云，孙 虹

（1.安徽省化工研究院，安徽合肥230041；2.合肥学院化学与材料工程系，安徽合肥230601）

TiO2/绢云母复合物是采用绢云母为载体，通过酸碱处理绢云母表面，在其表面包覆一层具有光学效应和催化性能的TiO2，制得TiO2/绢云母复合物，在TiO2/绢云母复合物基础上再包覆一层具有润滑效果和催化作用的WS2，最终可制得WS2/TiO2/绢云母复合物[1-2]。

本文利用光催化降解甲基橙的脱色率来表征不同条件下WS2/TiO2/绢云母复合物的催化性能[3]，寻找WS2/TiO2/绢云母复合物催化降解有机染料的最佳条件，对进一步利用该复合物处理印染等难降解工业有机废水具有重要意义。

1 催化性能测定实验

（1）配制1g/L甲基橙溶液：用电子分析天平称取1.0g甲基橙粉末，加入一定量蒸馏水溶解，转移至1000mL容量瓶，加入蒸馏水至刻度线齐平，摇匀避光存放。

（2）用量筒量取10mL配制的甲基橙溶液于烧杯中，加入490mL蒸馏水，即得到20mg/L的稀释甲基橙溶液备用。

（3）先将紫外分光光度计预热0.5h，取两支干燥洁净的比色皿，第一支比色皿加入约2/3比色皿容量的蒸馏水，第二支比色皿加入约2/3比色皿容量的稀释甲基橙溶液。将蒸馏水放至紫外分光光度计的第一格，稀释甲基橙溶液放至第二格。将蒸馏水置于光路，将波长调节到460nm，稳定后将透光率调节到T=100，待示数为零时，再将甲基橙溶液拉至光路，读出吸光度为A0。

（4）用电子分析天平称取0.15gWS2/TiO2/绢云母复合物，加入150mL稀释甲基橙溶液，将混合液放在磁力搅拌器上搅拌反应1h。搅拌处理之后，再用漏斗过滤，取上清液。第三支比色皿加入约2/3比色皿容量的降解后甲基橙溶液的过滤清液，同样将蒸馏水放至紫外分光光度计第一格，降解后甲基橙溶液的过滤清液放至第二格。将蒸馏水置于光路，将波长调节到460nm，透光率调节到T=100，待示数为零时，再将降解后甲基橙溶液拉至光路，读出吸光度为A。

（5）甲基橙溶液的脱色率：

2 结果与讨论

2.1 不同催化剂的催化降解效果

分别取 TiO2、TiO2/绢云母复合物、WS2、WS2/TiO2/绢云母复合物、WS2/TiO2/绢云母复合物(400℃煅烧)按照上述步骤降解甲基橙，测得各组吸光度结果见表1，甲基橙的脱色率见图1。

表1 不同样品降解甲基橙后的吸光度测定结果

图1 不同物质催化降解甲基橙的脱色率

由图1分析可知，WS2/TiO2/绢云母复合物（400℃煅烧）对甲基橙的降解效果最为明显，其次是WS2/TiO2/绢云母复合物，TiO2/绢云母复合物、TiO2和WS2对甲基橙的降解效果不明显。这可能是400℃煅烧后，TiO2晶体在绢云母表面生长，形成的晶核结构更加有利于WS2在其表面进一步包覆。400℃煅烧还有可能改变了TiO2在绢云母表面的晶体结构，而改变的晶体结构能够促进WS2的催化降解作用。

2.2 不同pH条件对WS2/TiO2/绢云母复合物（400℃煅烧）催化降解效果的影响

分别取相同用量的WS2/TiO2/绢云母复合物（400℃煅烧），分别在 pH=2.0、4.0、6.0、8.0和 10.0 条件下，按照上述步骤降解甲基橙，测得不同组的吸光度结果见表2，pH对甲基橙脱色率的影响见图2。

表2 不同pH下甲基橙降解后吸光度测定结果

图2 不同pH催化降解甲基橙的脱色率

由图2可知，WS2/TiO2/绢云母复合物（400℃煅烧）在降解甲基橙过程中，随着溶液pH的降低，即酸性条件下，催化降解甲基橙的效果更加明显。这可能是，WS2/TiO2/绢云母复合物（400℃煅烧）在酸性条件下合成，因此酸性条件是WS2/TiO2/绢云母复合物的反应适宜条件。

2.3 不同光照条件对WS2/TiO2/绢云母复合物（400℃煅烧）催化降解甲基橙的影响

取相同用量的WS2/TiO2/绢云母复合物（400℃煅烧），分别处在日光灯和紫外光照射下，按照上述步骤催化降解甲基橙，测得各组的吸光度结果见表3，光源对甲基橙脱色率的影响见图3。

表3 不同光源催化降解甲基橙的吸光度测定值

图3 不同光源催化降解甲基橙的脱色率

由图3可知，WS2/TiO2/绢云母复合物（400℃煅烧）在紫外线照射下降解甲基橙的降解效果更好。这可能是由于紫外光能量相对较高，激发了催化剂表面的电子跃迁，使催化剂表面增加了许多反应自由基，因而提高了催化剂的活性。

2.4 催化剂的不同用量对催化降解甲基橙的影响

分别取不同用量的WS2/TiO2/绢云母复合物（400℃煅烧），按照上述步骤催化降解甲基橙，测得不同用量催化剂催化降解甲基橙后的吸光度值见表4，不同用量催化剂对甲基橙脱色率的影响见图4。

表4 不同复合物用量下催化降解甲基橙的吸光度测定值

图4 催化剂不同用量催化降解甲基橙的脱色率

由图4可知，WS2/TiO2/绢云母复合物（400℃煅烧）在催化降解甲基橙过程中，随着催化剂用量的增加，对甲基橙的降解效果提高。主要原因是随着催化剂的用量增加，单位甲基橙溶液内催化剂的比表面增大，而催化剂降解甲基橙的原理：外扩散→内扩散→表面反应→内扩散→外扩散，随着催化剂的用量增大，单位时间吸附甲基橙的量也增大。

3 结论

综上所述，经过400℃煅烧的WS2/TiO2/绢云母复合物对甲基橙的催化降解效果比未煅烧的WS2/TiO2/绢云母复合物好。分析原因，可能是两种物质复合，促进了催化反应进行。复合物的催化效果优于单一使用TiO2[3]。酸性条件是WS2/TiO2/绢云母复合物催化降解甲基橙的适宜环境。紫外光照射使WS2/TiO2/绢云母复合物表面催化活性增加，主要是因为紫外光的波长短，能量相对较高，激发催化剂产生的电子跃迁，促进了催化剂表面产生大量的活性基团参与反应[4]，加快了催化反应进程。催化剂的用量增加使得催化能力相应提高。

[1]吕珺，何早阳，吴玉程，等.绢云母负载纳米二氧化钛的制备及光催化性能[J].材料热处理学报，2010，31（12）:20-23.

[2]丁明，董强，范广能，等.二步法绢云母微晶片的纳米二氧化钛包覆研究[J].合肥工业大学学报，1998，21（1）:76-78.

[3]LI Guo-hua,WANG Da-wei,XU Zhu-de.Structure Transition of Nano-titania During Calcination [J].J.CENT.SOUTH UNIV.TECHNOL，2003，10（4）:276-279.

[4]霍志国.光催化技术[M].北京：科学出版社，2010.