掺铁TiO2-活性炭复合材料的制备及其光催化活性

第３６卷第４期　２ｏ０８年４月　同济大学学报（自然科学版）　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＴＯＮＧＪＩ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮＡＴＵＲＡＬ　ＳＣＩＥＮＣＥ）　Ｖ０】．３６　Ｎｏ．４　Ａｐｔ．２００８　掺铁ＴｉＯ２一活性炭复合材料的制备及其光催化活性　甘礼华，刘明贤，张霄英，陈龙武　（同济大学化学系，上海２０００９２）　摘要：通过浸渍法将掺铁Ｔｉ０２溶胶负载到活性炭上制备掺铁Ｔｉ０２一活性炭复合光催化剂材料，并对其结构特征、　吸附特性、可见光光催化活性和再生性能进行研究．结果表明，掺铁Ｔｉ０２一活性炭复合材料具有很大的比表面积，对　有机污染物具有优越的吸附性能，而其比表面积则随着掺铁Ｔｉ０２一活性炭的质量比的增大而逐渐减小．在可见光　下，复合光催化剂材料由于Ｆｅ３　的引入Ｔｉ０２中，对亚甲基蓝溶液具有高的光催化活性，其中经过５００℃热处理的　载钛量为５％（质量分数）的复合光催化剂材料的光催化活性最佳．复合光催化剂具有优越的再生性能，经再生处理　可多次重复使用．　关键词：复合材料；可见光光催化活性；制备；掺铁Ｔｉ０２溶胶；活性炭　中图分类号：ＴＱ　１３４．１　文献标识码：Ａ　文章编号：０２５３—３７４Ｘ（２００８）０４—０５３８—０５　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ａｎｄ　Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　Ｆｅ—－ｄｏｐｅｄ　Ｔｉ０２—－Ａｃｔｉｖａｔｅｄ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｔｏ　Ｖｉｓｉｂｌｅ　Ｌｉｇｈｔ　ＣＡＮＬｉｈｕａ，Ｌ，　Ｍｉｎｇｘｉａｎ，ＺＨＡＮＧ￣ａｏｙｉｎｇ，ＣＨＥＮＬｏｎｇ＇ｗｕ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｔｏｎｇｊｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇ￣２０００９２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｅ—－ｄｏｐｅｄ　Ｔｉｏ２—－ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｗｅｒｅ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ　ｂｙ　ｉｍｍｅｒｓｉｎｇ　ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｉｎｔｏ　Ｆｅ—ｄｏｐｅｄ　ｔｉｔａｎｉａ　ｈｙｄｒｏｓｏｌｓ，ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ａｄ—　ｏｓｒｐｔｉｏｎ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｖｉｓｉｂｌｅ—ｌｉｇｈｔ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ａｎｄ　ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｗｅｒｅ　ａｌｓｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．　Ｉｔ　ｉｓ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　Ｆｅ－ｄｏｐｅｄ　Ｔｉｏ２一ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｈａｖｅ　ａ　ｇｏｏｄ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅｉｒ　ｈｉｇｈ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｒｅａｓ，ｗｈｅｒｅａｓ　ｔｈｅｉｒ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｓｕｒ—　ｆａｃｅ　ｒａｅａｓ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｉｎａ＆ｓ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　Ｆｅ－ｄｏｐｅｄ　Ｔｉｏ２　ａｎｄ　ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｃａｒｂｏｎ．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｈｏｔｏｃａｔｌａｙｓｔ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｄｉｓｐｌａｙ　ｈｉｇｈｌｙ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｕｎｄｅｒ　ｖｉｓｉｂｌｅ－ｌｉｇｈｔ　ｆｏｒ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｂｌｕｅ（ＭＢ）ｏｗｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｒｏｎ（１１Ｉ）ｉｏｎ　ｉｎ　ｔｉｔｎａｉｕｍ　ｄｉｏｘｉｄｅ．Ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｈｏｔｏｃａｔｌａｙｓｔ　ｍａｔｅｒｉｌａｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｆｒｏｍ　０．０５　ｏｆ　ｍａｓｓ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　Ｆｅ－ｄｏｐｅｄ　Ｔｉｏ２　ｔｏ　ａｃｔｉｖａｔｄｅ　ｃａｒｂｏｎ　ｎａｄ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ａｔ　５００℃ｈａｖｅ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｆｏｒ　ＭＢ’Ｓ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｕｎｄｅｒ　ｖｉｓｉｂｌｅ－ｌｉｇｈｔ．　Ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｅｘｈｉｂｉｔ　ａ　ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ　ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ　ａｂｉｌｉｔｙ．ｗｈｉｃｈ　ｍａｋｅｓ　ｔｈｅｍ　ｒｅｕｓａｂｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｖｉｓｉｂｌｅ　ｌｉｇｈｔ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ａｃｔｉｖｉｔｙ；ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；Ｆｅ—ｄｏｐｅｄ　Ｔｉｏ２　ｈｙｄｒｏｓｏｌｓ；ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｃａｒｏｂｎ　收稿日期：２００６—０９—０５　基金项目：国家自然科学基金资助项目（２０４７３０５７，２０６７３０７６）；上海市科委纳米专项（ｏ４５２　ｎｍ０８８，０６５２　ｉｒｍ０３０）　作者简介：甘礼华（１９６４一），男，教授，博士生导师，工学博士，主要研究方向为胶体与界面化学、材料物理化学，Ｅ－ｍａｉｌ：ｇａｎｌｈ＠ｔｏｒ￣ｊｉｏ由．ｍ　维普资讯 http://www.cqvip.com

第４期　甘礼华，等：掺铁Ｔｉ０２一活性炭复合材料的制备及其光催化活性　自从１９７２年Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ　Ａ和Ｈｏｎｄａ　Ｋ…在半导　Ｋ脱气处理２　ｈ．分别称取一定量的活性炭、掺铁　体ＴｉＯ２电极上发现了水的光电催化分解作用以来，　越来越多的科研人员对ＴｉＯ２进行了光催化研　究＿２－５］．Ｔｉｏ２光催化剂具有无毒、化学性能稳定、氧　化能力强、价廉、可以重复使用等优点，在光催化降　解有机污染物、自洁净材料等方面有着广阔的应用．　然而，粉末状的ＴｉＯ２光催化剂在使用过程中存在的　分离与回收困难等问题，成为其难以商业化的原因　之一．Ｎａｋａｓｈｉｍａ　Ｔ等【６Ｊ将ＴｉＯ２粒子固定到聚四氟　Ｔｉ（），一活性炭复合催化剂样品，装填到ｕ形石英管　中，连接气相色谱仪，稳定载气流速，用甲苯作为吸　附质，每次进样０．５／，１，每隔１０　ｍｉｎ进样一次，利用　气相色谱法测定样品对甲苯的吸附量，以考察活性　炭负载掺铁ＴｉＯ２前后样品的吸附性能变化．　１．２复合光催化剂对亚甲基蓝降解的光催化活性　分别在５份亚甲基蓝溶液中加人经３００℃焙烧　的不同载钛量的掺铁ＴｉＯ２一活性炭复合催化剂，在太　乙烯网片上研究了其光催化性能，取得了良好的效　果．然而由于ＴｉＯ２只能被波长等于或小于３８７　ｎｎｌ　的近紫外部分所激发，而这部分光只占太阳光的小　部分（小于５％），因此不能充分利用太阳光［　．　Ａｓａｈｉ　Ｒ等【８］通过掺氮制备了Ｔｉｏ２一　Ｎ　薄膜和粒　子，Ｙｕ　Ｊ等［　］通过液相沉积法制备掺铁ＴｉＯ２薄膜，　这些都明显地扩大了ＴｉＯ２对可见光的吸收范围，提　高了其光催化活性及效果．　在ＴｉＯ２光催化降解有机气体污染物的实际应　用中，吸附起着重要作用，ＴｉＯ２光催化剂首先通过　吸附作用将有机污染物富集，有利于提高光催化降　解有机污染物的效果［１０－１１　Ｊ基于对吸附富集效果和　光催化反应活性两方面的考虑，本文利用浸渍法将　掺铁ＴｉＯ２纳米微粒负载到具有高比表面积的活性　炭上制备掺铁ＴｉＯ２一活性炭复合催化剂样品，对样　品的结构特陛、吸附特陛进行表征，并考察在可见光　照射下掺铁ＴｉＯ２一活性炭复合催化剂对亚甲基蓝　的光催化降解活性及其再生性能．　１　实验部分　１．１　复合光催化剂材料的制备与表征　称取一定量的硫酸氧钛和氯化铁，在强烈搅拌　下溶于水得到０．２　ｍｏｌ·ＬＩ１的含Ｆｅ３　的硫酸氧钛溶　液，滴加质量分数为７％的氨水，直至ｐＨ＝７～８．将　洗涤沉淀物洗净，加人适量１．６　ｍｏｌ·ＬＩ１的硝酸溶　液进行胶溶，即得摩尔分数ＸＦｅ＝０．０５的掺铁ＴｉＯ２　溶胶．按照一定的质量比将掺铁ＴｉＯ２溶胶与颗粒状　活性炭混合均匀，在９０℃下烘干，即制得掺铁ＴｉＯ２　活性炭复合光催化剂样品．　用扫描电镜（ＳＥＭ，Ｐｈｉｌｉｐｓ　ＸＬ一３０）观测样品的　微观结构．用Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ　Ｔｒｉｓｔａｒ　３０００自动物理吸　附仪，通过布龙瑙尔一埃梅特一特勒（Ｂｒｕｎａｕｅｒ－　Ｅｍｍｅｔｔ—Ｔｅｌｌｅｒ，ＢＥＴ）氮气吸附法【１２３测定样品的比　表面积、孔体积及孔径分布状况，测定前样品在５７３　阳光照射下进行光催化降解反应，用分光光度法测定　亚甲基蓝溶液的浓度，每隔３０　ｍｉｎ取样１次．按上述　相同方法测定经过３００，５００，７００℃热处理的复合光　催化剂对亚甲基蓝溶液降解的光催化活性．　１．３复合光催化剂的再生　将上述对亚甲基蓝溶液降解３　ｈ以后的复合光　催化剂进行过滤，在９０℃烘箱中干燥后采用太阳　光照射下使其再生，通过再生样品对亚甲基蓝溶液　的光催化活性的测定研究掺铁ＴｉＯ２一活性炭复合　光催化剂的再生性能．　２结果与讨论　２．１　复合光催化剂的形态与结构特性　掺铁ＴｉＯ２一活性炭复合光催化剂样品的扫描　电镜（ＳＥＭ）照片如图１所示．从图中可以清晰观察　到ＴｉＯ２粒子在活性炭为载体的复合光催化剂大孔　及表面的分布情况．活性炭一般有大孔、微孔和过渡　孔３种孔洞，而本文制得的ＴｉＯ２粒子的粒径在３０　６０　ＤＩＴＩ，这些粒子不可能进人活性炭的大量微孔　内，而是主要集中分布在活性炭的大孔内和表面，而　且这些ＴｉＯ２纳米粒子相互聚结，本身也呈松散、富　有孔隙的团聚体结构，这种结构可能对复合光催化　剂的比表面积和吸附性能影响并不明显．图２是复　合光催化剂样品的比表面积ＳＢ盯随掺铁ＴｉＯ２一活　性炭质量比ｒ的变化情况．随着活性炭负载掺铁　ＴｉＯ２的质量增大，比表面积逐渐减小，例如无负载　的颗粒活性炭的比表面积为８４２　ｍ２·ｇ～，掺铁ＴｉＯ２　与活性炭的质量比为０．０５时样品的比表面积为　８３０　ｒｎ２·ｇ～而当掺铁ＴｉＯ２与活性炭的质量比达到　０．１０时，比表面积则下降到８０８　ｍ２·ｇ～．图１的　ＳＥＭ照片还显示，活性炭大孔孔壁上存在着许多大　小不一的过渡孔，其中一些过渡孔的孔径在１００　ｎｒｎ　左右，因此少量单分散良好的Ｔｉ０２纳米粒子就有可　能进人这些过渡孔中，造成对过渡孔的部分堵塞，从　维普资讯 http://www.cqvip.com

同济大学学报（自然科学版）　第３６卷　而导致复合样品的比表面积有所下降　吸附性能的明显变化，这有利于复合光催化剂通过　吸附作用将有机污染物富集，提高它们对有机污染　物的光催化降解效果．　经不同温度热处理的复合光催化剂的Ｘ射线　衍射（ＸＲＤ）图谱如图３所示．虽然３００℃焙烧的掺　铁ＴｉＯ２一活性炭复合光催化剂的ＸＲＤ图谱的谱线　相当弥散，但是仍然可以看出有一些衍射峰的存在，　图１掺铁ＴｉＯ２．活性炭复合光催化剂材料的ＳＥＭ照片　２５．２９。属１０１面，３７．８６。属００４面，４７．９４。属于２００　面，与锐钛矿型Ｔｉ（）７的特征衍射峰相一致．而与掺　Ｆｉｇ．１　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ）ｉｍａｇｅ　ｏｆＦｅ－ｄｏｐｅｄ　ＴｉＯ２－ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｏ　图２复合光催化剂的比表面随掺铁ＴｉＯ２　与活性炭质量比ｒ的变化关系　Ｆｉｇ．２　Ｓｐｅｃｉｉｆｃ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｒｅａ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔ　ＶＳ　ｍａｓｓ　ｒａｔｉｏｏｆＴｉＯｚ　ｔｏ　ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｃａｒｂｏｎ（ｒ）　从活性炭以及掺铁Ｔｉ（）７一活性炭复合光催化　剂对甲苯吸附的气相色谱测定结果可知，前４次进　样的甲苯完全被活性炭所吸附；当第５次进样时才　开始出现色谱峰，之后随着进样次数的增加峰面积　增大，直到第９，１０次进样色谱峰面积不再发生变　化，此时活性炭对甲苯的吸附已经达到饱和．已知活　性炭质量　＝０．０１０　０　ｇ，甲苯密度ｌＤ＝０．８６６　ｇ·　ｌ一，甲苯的每次进样量Ｖ＝０．５０　１．测得吸附达　到饱和时峰面积Ａ＝９９　２１１．７肚Ｖ·Ｓ，将第５，６，７，８　次吸附时的峰面积分别为４　２１８．７，３８　６０６．５，　４８　０９４．８，７４　１２８．６　Ｖ·Ｓ代人下式：　［７２　＋（１一ａ／Ａ）　＋（１一ｂ／Ａ）　＋　（１一ｃ／Ａ）Ｖ＋…］ｐ／ｍ　计算得到活性炭对甲苯吸附量为３１６．８２　ｇ．ｇ一．　按照同样方法得到掺铁ＴｉＯ２一活性炭复合光催化　剂对甲苯的吸附量为３１０．１１，ｕｇ·ｇ。。．掺铁ＴｉＯ２一　活性炭复合光催化剂对甲苯的吸附量和活性炭对甲　苯的吸附量甚为一致，表明在活性炭上负载掺铁　ＴｉＯ２粒子并没有引起活性炭的孑Ｌ结构、比表面及其　铁ＴｉＯ２一活性炭复合光催化剂样品相比，在相同温　度（３００℃）下焙烧得到的未掺杂Ｆｅ３　的复合光催　化剂的ＸＲＤ图谱中２５．２９。处出现的特征衍射峰相　当尖锐，表明未掺杂Ｆｅ３　的复合光催化剂中锐钛矿　型Ｔｉｏ２的晶型结构较好．这可能是将Ｆｅ３　以掺杂　方法引入到ＴｉＯ２结构内部，使ＴｉＯ２形成晶格缺陷　所造成的结果．随着焙烧温度从３００℃升高到７００　℃，图谱上２５．２９。，３７．８６。和４７．９４。处的特征衍射峰　的峰形更尖，强度变大，表明锐钛矿晶型结构越来越　明显，晶型结构更为规整．从图３还可以看出，即使　经过７００℃焙烧２　ｈ，样品中仍无金红石型的Ｔｉｏ２　出现．另外，ＸＲＤ图谱中并未出现铁元素的结晶形　态，这是由于Ｆｅ３　的掺杂量太少的缘故．　＼　．　图３不同温度焙烧的复合光催化剂的ＸＲＤ图谱　Ｆｉｇ．３　Ｘ－ｒａｙ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　ｐａｔｔｅｒｎｓ　ｏｆ（ＸＲＤ）ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｈｏｔｏｃａ－ｔａｌｙｓｔｓ　ｃａｌｃｉｎｅｄ　ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ　２．２复合光催化剂的可见光光催化活性　２．２．１　载钛量对复合光催化剂光催化活性的影响　ＴｉＯ２是一种宽带隙（能带间隙Ｅ　＝３．２ｅＶ）半　导体，其最大吸收波长处于紫外光区，而紫外光占太　阳光总能量不到５％，ＴｉＯ２在可见光下对有机污染　物降解的光催化效率很低．将Ｆｅ３　离子引入到Ｔｉ　中，可以提高其在可见光下的光催化活性．但Ｆｅ３　的掺杂量太少时，Ｆｅ３　无法渗入主体品格中而堆积　在晶体表面，而过多的掺杂离子又会捕获大量电子　和空穴　Ｊ，反而降低了催化活性．笔者通过多方探　维普资讯 http://www.cqvip.com

第４期　甘礼华，等：掺铁Ｔｉ０２一活性炭复合材料的制备及其光催化活性　索，确定ＴｉＯ２溶胶中掺杂Ｆｅ３　的合适配比是Ｆｅ３　与ＴｉＯ２的摩尔比为０．０５．图４是Ｆｅ３　与ＴｉＯ２的摩　尔比为０．０５时复合光催化剂载钛量对亚甲基蓝在　可见光下光催化降解率的影响．可以看出复合光催　化剂对亚甲基蓝溶液的降解率随着载钛量的增加先　是升高，在载钛量质量分数为５％时的样品降解亚　甲基蓝的光催化活性最高，然后随着载钛量的增加，　样品的光催化活性反而下降．掺铁Ｔｉ０２一活性炭复　合光催化剂对亚甲基蓝的光催化降解过程可以分解　为２个过程【１０］，首先通过吸附作用将亚甲基蓝富集　到复合光催化剂的表面和孔隙中，然后在复合光催　化剂颗粒表层的ＴｉＯ２粒子表面进行降解反应，复合　光催化剂对亚甲基蓝降解的光催化活性取决于其比　表面积和其颗粒表层的ＴｉＯ２粒子的数目．在载钛量　较小时，复合光催化剂颗粒表层没有完全被ＴｉＯ）粒　子所覆盖，此时ＴｉＯ２粒子的数目随着载钛量的增大　而增大，虽然复合光催化剂的比表面积略有下降，但　其光催化活性主要取决于颗粒表层的Ｔｉ０２粒子的　数目，因此光催化活性随着载钛量的增加而升高．当　复合光催化剂的载钛量质量分数大于５％，可以认　为复合光催化剂颗粒表层已经被ＴｉＯ２粒子完全覆　盖，继续增加载钛量，表层的Ｔｉ０２粒子的数目没有　增加或者增加较少，而比表面积却有所下降（如图　２），可以推测它对亚甲基蓝的吸附量必定减小，从而　使样品的光催化活性反而下降，因此复合光催化剂　的载钛量存在一个最佳值，即质量分数为５％载钛　量的复合光催化剂的光催化效果最佳．　１ＯＯ　８Ｏ　。　董４ｏ　２Ｏ　Ｏ　０５　１．０　１．５　２．０　２．５　ｔ／ｈ　图４载钛量对复合光催化剂在可见光下　对亚甲基蓝光催化降解率的影响　Ｆｉｇ。４　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｔｉ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｏｎ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｂｌｕｅ　ｕｎｄｅｒ　ｖｉｓｉｂｌｅ　ｌｉｇｈｔ　２．２．２热处理温度对复合催化剂的光催化降解活　性的影响　经不同温度热处理的复合光催化剂在可见光照　射下对亚甲基蓝的光催化降解率的影响如图５所　示．可以看出，未掺铁的ＴｉＯ２一活性炭复合光催化　剂的光催化活性明显低于掺铁ＴｉＯ２一活性炭复合　光催化剂．掺铁ＴｉＯ２一活性炭复合光催化剂对亚甲　基蓝的光催化降解活性先是随着焙烧温度的升高而　显著提高，其中经过５００℃热处理的复合催化剂样　品对亚甲基蓝的降解已经具有相当好的光催化效　果，２．５　ｈ时的降解率为９７．５％；之后随着焙烧温度　继续升高，对亚甲基蓝降解的光催化活性开始下降．　这是因为随着焙烧温度的升高，所得复合光催化剂　中Ｔｉ（）７粒子的锐钛矿晶型不断完善，这种锐钛矿结　构Ｔｉ０２粒子在可见光照射下表现出较高的光催化　活性；随着焙烧温度的进一步升高，ＴｉＯ２晶粒也会　逐渐增大，活性炭载体也随之开始灰化，复合光催化　剂样品的比表面积降低，对亚甲基蓝分子的吸附量　逐渐减少，从而导致经较高温度热处理的掺铁Ｔｉ０２　活性炭复合光催化剂的光催化活性降低．活性炭　的最佳活化温度在５００℃左右，在５００℃焙烧制备　的复合光催化剂中活性炭载体的比表面积最高，而　复合催化剂中的锐钛矿型Ｔｉ０２结晶形态又较好，因　此５００℃焙烧的样品对亚甲基蓝降解的光催化效果　最佳．　１ＯＯ　８０　。　董４ｏ　２Ｏ　２．３复合光催化剂的再生性能　光催化降解后的复合光催化剂孔隙中仍然吸附　着一些有机污染物分子，为了能够重复利用复合光　催化剂，将经过光催化后的复合光催化剂进行过滤、　干燥，在太阳光照射下使催化剂孔隙中的有机污染　物分子逐步向表层扩散，利用表面的掺铁Ｔｉ０２进行　光催化降解，从而使复合光催化剂得到再生．图６是　再生的ＴｉＯ２一活性炭复合光催化剂对亚甲基蓝在　可见光下的光催化降解曲线．由图６可知，再生的掺　铁Ｔｉ０２一活性炭复合催化剂经过循环使用时，刚开　维普资讯 http://www.cqvip.com

同济大学学报（自然科学版）　第３６卷　始随着使用次数的增加，再生的复合光催化剂对亚　甲基蓝溶液的降解活性稍有下降，使用３次之后，其　降解活性基本保持不变，使用８次后复合光催化剂　仍能保持良好的光催化性能．ＢＥＴ氮气吸附法研究　结果显示，掺铁ＴｉＯ２一活性炭复合光催化剂的比表　面积为８３０　ｍｚ．ｇ～，孔体积为０．４９　ｃｍ３．ｇ－。，再生　后的复合光催化剂的比表面积为８２１　ｍ２·ｇ一，孔体　积为０．４８　ｃｒｎ３．ｇＩ１；掺铁ＴｉＯ２一活性炭复合催化　剂对甲苯吸附量为３１０．１１　ｇ．ｇ＿。，经再生的样品　对甲苯吸附量则略有下降至３０６．２５　ｇ·ｇ－。．由此　可知，再生前后的掺铁ＴｉＯ２一活性炭复合光催化剂　的微结构及其吸附性能都保持基本不变，再生后获　得的复合光催化剂对亚甲基蓝降解仍然具有相当高　的光催化活性．因此，复合光催化剂具有优越的再生　性能，经再生处理可以多次重复使用．　１ＯＯ　８Ｏ　－ｅ　６０　瓣　４Ｏ　进　２０　Ｏ　０５　１．Ｏ　１．５　２．０　２．５　３．０　ｔ｜ｈ　图６复合光催化剂对亚甲基蓝的　降解率与使用次数的关系　Ｆｉｇ．６　ＭＢ’ｓ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｕｓａｇｅ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔ　３　结论　制备的复合光催化剂材料中ＴｉＯ２粒子主要集　中分布在活性炭大孔内和表面，掺铁ＴｉＯ２一活性炭　复合光催化剂具有优越的吸附性能，其比表面积随　着掺铁Ｔｉ０２一活性炭的质量比的增大而逐渐减小，　其中的Ｔｉ０２具有锐钛矿型结构，将Ｆｅ３　引入到　Ｔｉ０２结构内部，Ｔｉ０２形成晶格缺陷，特征衍射峰变　得更为弥散，随着样品焙烧温度的升高，锐钛矿晶型　结构变得更加完善．掺铁ＴｉＯ２一活性炭复合催化剂　在可见光下对亚甲基蓝溶液具有高的光催化活性，　载钛量的质量分数为５％的复合光催化剂的催化效　果最佳；热处理温度对催化效果产生明显的影响，经　过５００℃处理的复合样品的光催化效果达到最佳．　再生前后的掺铁Ｔｉ０２一活性炭复合光催化剂压缩　对亚甲基蓝降解仍然具有相当高的光催化活性．　参考文献：　［１］Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ　Ａ，Ｈｏｎｄａ　Ｋ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｈｏｔｏｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ａｔ　ａ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，１９７２，２３８（７）：３７．　［２］Ｓｃｈｉａｖｅｌｌｏ　Ｍ．Ｐｈｏｔｃｏａｔａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ：ｔｒｅｎｄｓ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉ—　ｃａｔｉｏｎｓ『Ｍ］．Ｄｏｒｄｒｅｃｈｔ：Ｋｌｕｗｅｒ　Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，１９８８．　［３］Ｈｏｆｆｍａｎｎ　Ｍ　Ｒ，Ｍａｒｔｉｎ　Ｓ　Ｔ，Ｃｈｏｉ　Ｗ，ｅｔ　ａ１．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｌａ　ａｐｐｌｉａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｐｈｏｔｏｃａｔｌａｙｓｉｓ［Ｊ］．（２ｈｅｍ　Ｒｅｖ，　１９９５。９５（１）：６９．　［４］陈龙武，盛闻超，甘礼华．Ｔｉ０２功能薄膜的制备及影响其光　催化活性的因素［Ｊ］．功能材料，２００２，３３（３）：２４６．　ＣＨＥＮ　Ｌｏｎｇｗｕ，ＳＨＥＮＧ　Ｗｅｎｃｈａｏ，ＧＡＮ　Ｌｉｈｕａ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　０ｆ　Ｔｊｏ２　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍｓ　ａｎｄ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｔｈｅｉｒ　ｐｈｏｔｏ—　ａｃｔｌａｙｔｉｃ　ａｃｔｉｖｉｔｙ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　Ｍａｔｅｒｉｌａｓ，２００２，３３　（３）：２４６．　［５］　Ｗａｎｇ　Ｘ　Ｈ，Ｌｉ　Ｊ　Ｇ，Ｋａｍｉｙａｍａ　Ｈ，ｅｔ　ａ１．Ｆｅ－ｄｏｐｅｄ　Ｔｉ０２　ｎａｎｏｐｏｗｄｅｒｓ　ｂｙ　ｏｘｉｄａｔｉｖｅ　ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｃｍｅｔａｌｌｉｃ　ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ　ｉｎ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｌａｓｍａ：ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｎａｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉ—　ｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｔｈｉｎ　Ｓｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍｓ，２００６（５０６—５０７）：２７８．　［６］Ｎａｋａｓｈｉｍａ　Ｔ，Ｏｈｋｏ　Ｙ，Ｔｒｙｋ　Ｄ　Ａ，ｅｔ　ａ１．Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｎｄｏｃｒｉｎｅ－ｄｉｓｒｕｐｔｉｎｇ　ｃｈｅｍｉａｃｌｓ　ｉｎ　ｗａｔｅｒ　ｂｙ　ＬｔＳｅ　ｏｆ　Ｔｉ２Ｏ　ｐｈｏｔｏ—　ａｃｔｌａｙｓｔｓ　ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ　ｏｎ　ｐｏｌｔｙｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｍｅｓｈ　ｓｈｅｅｔｓ［Ｊ］．　Ｊｏｕｍａｌ　ｏｆ　Ｐｈｏｔｃｏｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｐｈｏｔｏｂｉｏｌｇｏｙ　Ａ：　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，　２００２，１５１（１—３）：２０７．　［７］Ｗａｎｇ　Ｘ　Ｈ，Ｌｉ　Ｊ　Ｇ，Ｋａｍｉｙａｍａ　Ｈ，ｅｔ　ａ１．Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ－ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｐｈｏｔｏｃａｔｌａｙｔｉｃ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｅｔｈｙｌ　ｏｒａｎｇｅ　ｉｎ　ａｑｕｅｏｕｓ　ｓｕｓｐｅｎ—　ｓｉｏｎ　ｏｖｅｒ　ｉｒｏｎ（Ⅲ）一ｄｏｐｅｄ　Ｔｉｏ２　ｎａｎｏｐｏｗｄｅｒｓ　ｕｎｄｅｒ　ＵＶ　ａｎｄ　ｉｖｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔ　ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊ　ＰｈｙＳ　Ｃｈｅｍ　Ｂ，２００６，１１０（１３）：　６８０４．　［８］Ａｓａｈｉ　Ｒ，Ｍｏｒｉｋａｗａ　Ｔ，Ｏｈｗａｋｉ　Ｔ，ｅｔ　ａ１．Ｖｉｓｉｂｌｅ　ｌｉｇｈｔ　ｐｈｏｔｏ—　ａｃｔｌａｙｓｉｓｉｎ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ—ｄｏｐｅｄ　ｔｉｔａｎｉｕｍ　ｏｘｉｄｅｓ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００１，　２９３（５５２８）：２６９．　［９］Ｙｕ　Ｊｉａｇｕｏ，ＹｕＨｕｏｇｅｎ，ＡｏＣＨ，ｅｔａ１．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｃｈａｒａｅｔｅｒｉ—　ｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｔｙｉｃ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｉｎ　ｓｉｔｕ　Ｆｅ—ｄｏｐｅｄ　Ｔｉｏ２　ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍｓＥＪ］．Ｔｈｉｎ　Ｓｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍｓ，２００６（４９６）：２７３．　［１０］ＧＡＮ　Ｌｉｈｕａ，ＷＡＮＧＹｕｄｏｎｇ，ＨＡＯＺｈｉｘｉｎａ，ｅｔ　ａ１．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｉｏ２／ｓｉ２ｏ　ａｅｒｏｇｅｌｓ　ｂｙ　ｎ０ｎ—ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ｄｒｙｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｐｈｏｔｃｏａｔｌａｙｔｉｃ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｆｏｒ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｙｒｌｄｉｎｅ［Ｊ］．　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｇｎ，２００５，１３（６）：７５８．　［１１］甘礼华，王小兰，郝志显，等．Ｔｉ０２／Ｓｉ０２气凝胶对亚甲基蓝降　解反应的光催化活性［Ｊ］．同济大学学报：自然科学版，２００５，　３３（８）：１０７８．　ＧＡＮ　Ｌｉｈｕａ，　ＷＡＮＧ　Ｘｉａｏｌｎａ，ＨＡＯ　Ｚｈｉｘｉｎａ，　ｅｔ　ａ１．　Ｐｈｏｔｏｃａｔｌａｙｔｉｃ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｉｏ２／Ｓｉ２ｏ　ａｅｒｏｇｅｌｓ　ｆｏｒ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｂｌｕｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔｏｎｇｊｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００５，３３（８）：１０７８．　［１２］甘礼华，陈龙武，张宇星．非超临界干燥法制备ｓｉ２ｏ气凝胶　［Ｊ］．物理化学学报，２００３，１９（６）：５０４．　ＧＡＮ　Ｌ．ｈＬｌａ，ＣＨＥＮ　Ｌｏｎｇｗｕ．ＺＨＡＮＧ　Ｙｕｘｉｇｎ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ