光催化剂SO42-/Ni2O3-TiO2制备及可见光活性研究

张巍 丁鹏 李淑钶 王驭文 满彤彤 刘佳鑫

摘要：本文利用水热合成法制备SO42-/Ni2O3-TiO2光催化剂。样品结构经过测试手段进行了表征，结果表明，该光催化剂主要由锐钛矿TiO2和立方体的Ni2O3组成，SO42-既有螯合双配位方式又有桥式双配位的形式结合在Ni2O3-TiO2表面，并在Ti与Ni的摩尔比为1：0.05时的光催化剂具有更高的脱色效率，当亚甲基蓝初始浓度为2.5mg·L-1和催化剂用量为0.1g时，脱色效率可达98.65%。

关键词：SO42-/Ni2O3-TiO2;光催化降解;亚甲基蓝

中图分类号：X505 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）05-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.05.076

Preparation of SO42-/Ni2O3-TiO2 composite photocatalyst and study on their visible light photocatalytic activity for methylene blue

Zhang Wei，Ding Peng*，Li Shuke，Wang Yuwen，Man Tongtong，Liu Jiaxin

（Chemistry College of Changchun Normal University，Changchun Jilin 130032，China）

Abstract：SO42-/ NI2O3-TIO2 photocatalyst was prepared by hydrothermal method. The results show that the photocatalyst is mainly composed of anatase TIO2 and cubic Ni2O3， and SO42-is bound to Ni2O3-TiO2 surface in the form of both chelated double coordination and bridged double coordination， when the molar ratio of Ti to Ni was 1：0.05， the decolorization efficiency of photocatalyst was 98.65% when the initial concentration of Methylene blue was 2.5 mg·l-1 and the dosage of catalyst was 0.1 g.

Key words：SO42-/Ni2O3-TiO2;Photocatalytic degradation;Methylene blue

光催化技術是一种可以将太阳能转变为化学能的技术手段，而光催化技术可以有效地分解其他方式无法降解的有机污染物。因此研究高活性的光催化剂，成为一种能有效促进有机污染物光催化降解的方法。本文通过水热合成法制备了经过SO42-修饰的Ni2O3-TiO2催化剂，并对所合成的光催化剂的结构与性质进行表征。用亚甲基蓝作为模拟染料废水进行降解，并结合具体的表征结果，探究了SO42-/Ni2O3-TiO2光催化剂对染料废水光催化活性。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

实验所需试剂：正庚烷（C7H16）、正丁醇（C4H10O）、十二烷基硫酸钠（C12H25SO4Na）、无水乙醇（C2H5OH）、钛酸四丁酯（C16H36O4Ti）、硫酸钛（Ti（SO4）2）、硫酸镍铵（Ni（NH4）2（SO4）2）、氨水（NH3·H2O）、亚甲基蓝（C16H24ClN3O3S），以上所需试剂均为分析纯;实验室自制蒸馏水（二次）。

1.2 光催化剂的制备

1.2.1SO42-/Ni2O3-TiO2光催化剂合成

于15mL正庚烷中加入5mL正丁醇，将混合溶液摇晃均匀;称取1g十二烷基硫酸钠置于上述所得混合溶液中，搅拌均匀，制成溶液A。分别配制一定浓度的硫酸钛和硫酸镍铵溶液，按照不同的钛镍摩尔比例，将此两种溶液滴加到快速搅拌的溶液A中，用氨水调节pH值为6，然后超声分散30min，装入内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜内，160℃下水热反应2h，分别用无水乙醇和二次蒸馏水对产物进行洗涤，烘干，研磨。所得到的样品粉末于300℃下焙烧2h，得到一系列光催化剂样品。

1.2.2 Ni2O3-TiO2光催化剂合成

将10mL钛酸四丁酯于剧烈搅拌的状态下滴加到26mL无水乙醇中，得到浅黄色透明溶液A。将一定量的硫酸镍氨、水和20mL的无水乙醇混合制得溶液B。再把溶液B于剧烈搅拌的状态下滴入溶液A中，得到掺入Ni的TiO2溶胶，再用氨水调节pH为10，得到的溶胶烘干、研磨，在300℃下焙烧2h得到Ni2O3-TiO2样品。

1.3 光催化降解实验

以亚甲基蓝为目标污染物模拟染料废水，以350W氙灯作为可见光光源对该污染物进行光催化降解的实验。将制备的光催化剂分散于一定浓度的亚甲基蓝溶液中，在无光条件下搅拌30min，建立吸附脱附平衡。将溶液于氙灯下照射，3h后，用移液枪取溶液，离心后上层清液用紫外-可见光分光光度计测试溶液的吸光度，并计算其脱色率，同时，做空白实验进行对照。C0和Ct分别代表在初始时刻和t时刻溶液中亚甲基蓝的浓度。脱色率计算公式如下：

脱色率（%）=[（C0-Ct）/C0]×100%

2 结果与讨论

2.1 物相与结构分析

2.1.1 热分析

热重分析是指在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系的一种分析技术，用来研究材料的热稳定性和组分。采用美国Mettler-Toledo公司的TGA/DSC 3+ 型同步热分析仪对Ti与Ni摩尔比为1：0.05，并在300℃下焙烧的SO42-/Ni2O3-TiO2光催化剂进行热分析，结果在350℃到400℃之间，失去的是具有强结合力的SO42-。因此该光催化剂焙烧温度不宜过高，否则导致样品中的SO42-会大量流失，使得所制备的催化剂的光催化活性下降。

2.1.2 XRD分析

采用德国Bruck公司D8 GADDS型X射线衍射仪（Cu Kα，λ=1.54056?）对Ti与Ni摩尔比为1：0.05，300℃下焙烧的SO42-/Ni2O3-TiO2光催化剂进行X射线衍射分析，结果说明光催化剂主要由锐钛矿型TiO2和六方型Ni2O3组成。同时出现纯六相结构的TiS2的衍射峰T。

2.2 光催化性能分析

350W氙灯作为可见光光源，以亚甲基蓝模拟染料废水，对制备的

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光催化剂进行了光催化实验，结果可以看出，不同染料废水初始浓度对光催化活性是有影响的。这与前文对光催化剂的形貌和结构分析结果相一致，固体超强酸的加入能大大提高光催化剂的催化活性，这得益于SO42-的诱导效应使金属氧化物表面羟基具有强酸能力，这个诱导效应使金属与氧（M-O）键上的电子云发生偏移，增强光催化剂的光降解能力。

3 结论

（1）采用水热合成法制备的固体超强酸复合型光催化剂SO42-/Ni2O3-TiO2，制备工艺简单，光催化效果良好。（2）经固体超强酸改性过的催化剂其可见光活性明显提高，这对处理染料废水有较大的帮助。（3）当亚甲基蓝溶液的初始浓度为2.5mg·L-1，300℃焙烧的光催化剂的降解效率最高。

参考文献

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收稿日期：2020-02-14

基金项目：2019年吉林省大学生创新创业项目 （201910205111）

作者简介：张巍（1998-），男，汉族，长春师范大学本科生，研究方向为环境污染控制。

通讯作者：丁鹏（1974-），女，回族，博士，副教授，研究方向为环境污染控制及纳米功能材料。