以偏钛酸为原料在室温离子液体中水热制备二氧(2)

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稀 有 金 属

31卷

(XRD)测定所得样品的晶体结构;通过JEM-2100F型透射电镜(TEM)表征样品形貌;通过GBCCintra10e型紫外-可见分光光度计(UV-VisibleSpectrome-ter)研究样品的紫外-可见吸收性能;通过722N型可见分光光度计(上海精密科学仪器厂)测定亚甲基蓝溶液的吸光度,将吸光度转换成对应浓度,最后以降解率的形式评价光催化效果。1.4 光催化性能

光催化性能测试步骤如下:(1)配制浓度为4 0mg L的亚甲基蓝的水溶液;由吸收曲线知亚甲基蓝水溶液的最大吸收波长为663nm。(2)称取20.0mg的二氧化钛光催化剂加入盛有一定量的(1)溶液的石英烧杯中,磁力搅拌30min,使二氧化钛充分吸附亚甲基蓝。(3)用紫外光灯(235nm)照射(2)中的石英烧杯,每隔15min取6.0ml的亚甲基蓝溶液,离心分离30min,转速为4000r min,使悬浮的二氧化钛完全分离。(4)取离心后的上清液,以去离子水作参比,用722N型可见分光光度计测量反应后的吸光度,考查时间为120min。(5)将(3)中的紫外光灯更换为可见光灯(470nm),重复上述步骤便得到可见光辐照下的不同浓度所对应的吸光度值。

光催化性能测试开始时,亚甲基蓝溶液的初始浓度和初始吸光度分别用C0和A0表示;测试过程中,任一时刻亚甲基蓝溶液的浓度和吸光度用Ct和At表示,则亚甲基蓝溶液的降解率(M)可以表示为:M=

AtCt

100%= 100%

A0C0

-1

-1

半峰宽; 为衍射半角)计算出所制备的纳米二氧化钛粉体的平均晶粒尺寸为18.4nm左右,这说明利用1-烯丙基,3-甲基咪唑氯室温离子液体可以制备出锐钛矿型的纳米二氧化钛。2.2 纳米二氧化钛的形貌

图2为所制备光催化剂的透射电子显微镜照片,从图中可以看出颗粒的形貌为类椭球状,经统计计算得平均粒径为18.2nm,与XRD的计算结果基本相符。形成锐钛矿型二氧化钛可能的机理为:无定型的偏钛酸和过量的氢氧化钠反应,产物充分水解得到无定型的正钛酸,正钛酸在水热反应过程中脱水得到锐钛矿型二氧化钛

[11]

。

2.3 纳米二氧化钛的紫外-可见吸收光谱

图3为所制备的光催化剂和商业品P-25的紫外-可见吸收光谱,从图中可以看出所制备光催化剂的吸收峰发生了一定的红移,在可见光区有一定的吸收。这种光吸收范围的变化可能是由于

图1 样品的XRD谱图

Fig.1 XRDpatternsoftheas-preparedsample

以时间(Time)为横坐标,M为纵坐标作图,得到二氧化钛光催化降解亚甲基蓝溶液的曲线。商业品P-25的光催化性能测试同上。

2 结果与讨论

2.1 纳米二氧化钛的晶形结构

图1为所制备的光催化剂的XRD谱图,与JCPDS卡中211272号锐钛矿型二氧化钛的标准谱图的峰位和峰强完全一致,这说明所制备的样品为锐钛矿型二氧化钛。根据Scherrer公式:D=K Bcos (其中,D为颗粒平均粒径;K为常

数 B图2 样品的TEM照片

Fig.2 TEMimageoftheas-preparedsample