多孔二氧化钛/碳的制备及光催化性能研究

摘 要：以二氧化硅作为硬模板，成功制备了含有介孔结构的二氧化钛/碳。通过氮气条件下烧结，制成了含有大量介孔的二氧化钛。对其降解亚甲基蓝的光催化活性进行研究，结果表明多孔二氧化钛/碳具有突出的光催化活性。

关键词：多孔二氧化钛/碳;光催化性能研究;降解有机物

随着经济的迅猛发展，环境污染和污水处理问题的解决已经刻不容缓。光催化降解污染物，净化水源是较新型并具发展潜力的污水净化技术[1]。其中二氧化钛（TiO2）因良好的化学性能、成本低廉、没有毒性成为热门被关注的半导体功能材料[2-3]。在多种形貌结构的二氧化钛中，介孔结构的TiO2为样品提供更大的比表面积，更多的电荷传输通道，促进电荷传输、表面渗透力强和光的吸收量较大，是很有前景的半导体材料。本研究以水溶性二氧化硅为模板，形成结构稳定的二氧化钛粉末，然后通过KOH腐蚀掉二氧化硅模板，制备出拥有且结构稳定的介孔二氧化钛/碳粉末，并对其进行光催化降解有机物的性能测试。

1 实验部分

1.1 介孔二氧化钛/碳的制备

称取0.15g水溶性二氧化硅完全溶于20mL乙醇中。5mL钛酸四异丙酯缓慢滴加进溶液中，加热到40℃，搅拌2h。放置到冷却。然后将产物离心，洗涤，得到白色固体，60℃干燥得到白色粉末。将粉末在炉子中烧结，烧结2h得到样品粉末。将得到的样品放入3mL的KOH溶液中，70℃，搅拌一天，除去二氧化硅。将样品用二次蒸馏水洗至pH=7，并于60℃干燥得到所要样品。

1.2 介孔二氧化钛/碳的降解亚甲基蓝的实验步骤

介孔二氧化钛/碳光催化降解亚甲基蓝（MB）性能的研究在紫外光为光源的催化反应装置中进行，具体操作步骤如下：将25 mg的二氧化钛/碳粉末加入到浓度为80mL，10-4mol/L的MB溶液中，在黑暗处吸附20min后，使用紫外光照射溶液样品，时间间隔为5min取一次样，离心后吸取上层溶液，在664nm波长下，利用分光光度计测试溶液吸光强度，从而分析二氧化钛/碳降解亚甲基蓝的活性。

1.3 介孔二氧化钛/碳的光性能研究

图1a是二氧化钛/碳的物相表征谱图（XRD）。图中是TiO2的XRD物相图，与标准TiO2对比，所有峰都与之相匹配，说明我们合成的物质是TiO2。图1b中清晰的看出样品表面分布着许多介孔。整个物质表明呈现出多孔的棉絮状，并且孔的分布没有规律，是杂乱无序的。扫描电镜谱图可以表明我们成功制成了具有介孔结构的二氧化钛/碳。为了能更清晰的表现出我们样品的比表面积，我们还测试了不同样品的BET测试，结果如表1所示。通过表格数据可以看出，对比其他样品，介孔二氧化钛/碳的比表面积最大，并且介孔的比表面积也是最大的。

图2 显示了不同的样品所对应的亚甲基蓝的降解率，可观察具有介孔结构二氧化钛/碳表现出了更突出的光催化性能，在光照25min后，亚甲基蓝完全被降解。普通二氧化钛/碳只能降解80%左右，商业的P25在25 min后，仅能降解50%，我们制备的具有介孔结构二氧化钛/碳呈现出了超强的优势，具有更高的性能。二氧化钛/碳表现出高的活性取决于介孔结构带来的较高的比表面积和较多的孔径通道，这使二氧化钛能更充分与亚甲基蓝分子相接触，并且允许更多的光通过孔道进入到二氧化钛的内部。通过实验可以得出介孔结构的二氧化钛/碳能更快的分解亚甲基蓝溶液。

综上所述，以水溶性二氧化硅为模板，成功制备出了比表面积较大的，具有稳定的介孔结构的二氧化钛/碳粉末。二氧化钛/碳粉末是具有棉絮状的多孔结构，比表面积高达105.2m2/g-1。对其进行光催化降解有机物的性能的测试。研究表明在紫外光下，亚甲基蓝溶液被介孔二氧化钛快速降解，是商业P25降解速率的2倍，具有突出的光催化活性。因此，所制备的材料可以应用于含有有机污染物的废水处理中。

参考文献：

[1]陈佳佳.多孔有序壳聚糖/二氧化钛/碳纳米管/累托石复合材料的制备及其光催化降解性能的研究[A].中国化学会高分子学科委员会.中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题M：高分子共混与复合体系[C].中国化学会高分子学科委员会： 中国化学会， 2017：1.

[2]李玉儒，吴世照，刘静袆，高静，李国华.常压水解法制备二氧化钛/碳纳米管复合材料及其电催化性能[J].硅酸鹽学报，2019，47（05）：685-691.

[3]韩景颂.双介孔二氧化钛—碳微球的可控制备与性能优化研究[D].南昌：南昌航空大学，2018.

作者简介：

杨财君（1997- ），男，本科，化学工程与工艺，湖南城市学院。