NiO/花瓣狀TiO2的制備及吸附性能分析

李輝容，羅婭君，楊葵華

（綿陽師范學院化學與化學工程學院，四川綿陽621000）

NiO/花瓣狀TiO2的制備及吸附性能分析

李輝容，羅婭君，楊葵華

（綿陽師范學院化學與化學工程學院，四川綿陽621000）

以硝酸鎳為鎳源，采用水熱法和浸漬-煅燒法合成NiO負載花瓣狀TiO2。利用掃描電鏡、X射線衍射和X光電子能譜儀等對樣品進行表征，詳細探討NiO的負載量對合成的NiO/TiO2吸附羅丹明B效果的影響。結果表明，當合成NiO/TiO2中氧化鎳占總復合物質量的3%時，合成NiO/TiO2對10mg/L羅丹明B的吸附率最高，可達96.4%，而且未負載的TiO2的吸附率也達到68.9%，遠超過工業中TiO2的吸附率。

花瓣狀二氧化鈦；吸附；羅丹明B

二氧化鈦（TiO2）由于其具有獨特的性能，在催化劑、電極材料、氣敏傳感器、生物材料等研究領域引起研究者的廣泛關注[1，2]。目前，制備TiO2主要采用溶膠-凝膠、水熱合成、液相沉淀、微乳等方法[3，4]。通過這些方法可以制得空心微球、納米棒、納米管、核-殼和花瓣狀等結構[5，6]。研究表明，改變TiO2的形貌結構或對其進行表面修飾，能提高TiO2對污染物的吸附性能。如李強等[7]制備了殼聚糖/TiO2材料，考察了其對印染廢水中甲基橙的吸附率，發現負載殼聚糖后復合材料的吸附效率大大提高。劉立敏等[8]用粘土/TiO2/AC復合陶瓷球吸附染料后，發現吸附性能增強。王寧等[9]用PANⅠ/TiO2吸附偶氮染料，得到良好的吸附效果，吸附效率達到98.8%。然而，目前討論TiO2形貌結構和對其表面修飾兩者協同作用對有機染料吸附性能的研究卻較少報道。

本文現由鈦酸丁酯為原料進行水熱反應制備出花瓣狀TiO2，然后通過浸漬-煅燒方法制備NiO修飾的花瓣狀TiO2復合材料（NiO/TiO2），并對樣品進行表征，以羅丹明B染料為目標污染物，研究NiO/TiO2復合材料的吸附性能。

1 試驗部分

1.1 儀器和試劑

主要試劑有乙醇、丙三醇、鈦酸丁酯、十二水硝酸鎳、羅丹明B等，購于成都市科龍化工試劑廠，均為分析純。試驗用水均為二次蒸餾水。主要儀器有磁力攪拌器（84-1A，上海司樂儀器有限公司）、水熱合成反應釜（上海耀特儀器設備有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 NiO/TiO2復合物的制備

分別量取15mL丙三醇和45mL乙醇置于100mL燒杯中，將混合液攪拌10min使其混勻后，加入3mL鈦酸丁酯再繼續攪拌，然后轉入以聚四氟乙烯做內襯的100mL高壓反應釜中，180℃下反應24h，自然冷卻至室溫，將反應后的產物減壓過濾，依次用二次蒸餾水和無水乙醇洗至pH=7，在80℃下干燥12h得到花瓣狀TiO2樣品。

稱取TiO240mg置于10mL無水乙醇溶液中，使其充分混合后分別加入不同質量的六水硝酸鎳，再將混合溶液超聲30min，待溶液顏色均勻后，在80℃下干燥12h，最后將制備的樣品在馬弗爐中500℃下焙燒2h，升溫速率均為2℃/min。加入鎳的含量（物質質量分數）依次控制在2%、3%、4%、5%和8%，將所得的樣品依次記為2%-NiO/TiO2、3%-NiO/TiO2、4%-NiO/TiO2、5%-NiO/TiO2和8%-NiO/TiO2。

1.2.2 NiO/TiO2復合物的表征

采用掃描電子顯微鏡（SEM，EVO 18，德國）觀察TiO2納米顆粒及復合物的表面形貌，利用其附件能譜儀（EDX）對樣品表面所選區域進行組成成分分析。采用X射線衍射儀（XRD，D/max-1400，日本）對樣品進行晶體結構分析，利用X光電子能譜儀（XPS，Kratos XSAM-800，英國）對樣品進行成分和元素價態分析，通過新世紀紫外可見分光光度計（UV-Vis，T6，北京）表征樣品的光學吸收特性，采用孔徑及比表面積分析儀（SSA-4300，北京）表征樣品的比表面積和孔結構。

1.2.3 NiO/TiO2復合物的吸附試驗

3587點在下破2638點后已經被確認為是5178點下來的大C浪運行了。若此劃分成立，則2449點應該是被劃分為C4浪的開始，也就是這個C4反彈已經運行了10多周的時間了。

分別向5mL離心管中加入0.010 0g的TiO2及其復合物和4.00mL濃度為10mg/L的羅丹明B，攪拌至顏色變化明顯時離心，取上層清液用紫外可見分光光度計在554nm波長下測定吸附后溶液的吸光度。根據吸光度值算出吸附一定時間后溶液中殘留的羅丹明B的濃度，根據下列公式計算NiO/TiO2對羅丹明B的吸附率E（%）：

式（1）中，C0為吸附前羅丹明B溶液的濃度，mg/L；Ce為吸附后羅丹明B溶液的濃度，mg/L。

2 結果與討論

2.1 SEM和EDX分析

圖1A和B是TiO2和3%-NiO/TiO2樣品的SEM表面形貌結構圖。由圖1A可以看出，純TiO2呈現出納米花結構，單個納米花是由大量不規則片狀花瓣組成，每個納米花大小并不均勻，而且有些并未長出花瓣而呈現球形顆粒狀。經過Ni（NO3）2?6H2O溶液的浸漬-煅燒后（見圖1B），與純花瓣狀TiO2（見圖1A）相比，3%-NiO/TiO2表面形貌并未發生明顯變化，仍然為大量不規則片狀花瓣組成的納米花狀結構。在這些掃描電鏡照片中不能明顯觀察到NiO的存在，這可能是由于制備過程中Ni（NO3）2?6H2O濃度低、物質量少造成的。

利用EDX對3%-NiO/TiO2樣品表面進行成分分析，如圖1C所示。3%-NiO/TiO2樣品中含有Ti、O、Ni、C和Au元素的特征峰，其中Au來自于樣品測試時噴在復合物表面上的元素，而C元素可能測試儀器污染。EDX結果表明，3%NiO/TiO2樣品是由NiO和TiO2所組成的復合結構。

圖1 FESEM形貌圖和EDX譜圖

2.2 XRD分析

圖2 XRD衍射圖譜

2.3 吸附性能分析

樣品的吸附效果通過對羅丹明B進行吸附性能測試來評價，如圖3、4所示。由圖3、4可知，相同測試條件下，與P25的吸附率（38.9%）進行比較，TiO2和NiO/TiO2都表現出較高的吸附性能，TiO2和NiO/TiO2樣品對RhB溶液150min后的吸附率分別為68.9%和96.4%。其中NiO/TiO2樣品的吸附效率最高，大約是P25吸附率的3倍，表明TiO2的形狀改變和NiO負載的協同作用促進了吸附效率的提高。

圖3 樣品對羅丹明B吸附效率的影響

圖4 3%-NiO/TiO2樣品吸附條件下的吸收光譜變化曲線

3 結論

本文通過找到合成TiO2的最佳條件后，對TiO2進行負載氧化鎳，再將TiO2及負載后的TiO2用于對羅丹明B模擬染料廢水的吸附性能研究。結果表明，當合成NiO/TiO2中氧化鎳占總復合物質量的3%時，合成NiO/TiO2對10mg/L羅丹明B的吸附率最高，可達96.4%，而且未負載的TiO2的吸附率也達到68.9%，遠超過工業中TiO2的吸附率。

[1]W Jiang,Y Liu,J Wang,et al.Hydrogels: Separation-Free Polyaniline/TiO23D Hydrogel with High Photocatalytic Activity[J].Advanced Materials Interfaces,2016,3(3):1500502.

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Preparation and Adsorption Properties of NiO/ Petal Like TiO2

Li Hui-rong,Luo Ya-jun,Yang Kui-hua
(College of Chemistry and Chemical Engineering,Mianyang Teachers' University,Sichuan Mianyang 621000)

NiO loaded petal shaped TiO2was synthesized by hydrothermal method and impregnation calcination method using nickel nitrate as a nickel source.The samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM),X ray diffraction (XRD) and X photoelectron spectroscopy (XPS).The effect of NiO loading on the adsorption of rhodamine B by NiO/TiO2was discussed in detail.The results showed that when the nickel oxide in synthetic NiO/TiO2was 3% of the total mass,the adsorption rate of 10 mg/L rhodamine B by synthetic NiO/TiO2was the highest,up to 96.4%,and the adsorption rate of the unloaded TiO2reached 68.9%,which is far more than the adsorption rate of TiO2in industry.

Petal like titanium dioxide;Adsorption;Rhodamine B

O647.32

A

2096-0387（2017）03-0015-03

四川省教育廳科研項目（15ZB0280）；綿陽師范學院科研啟動項目（QD2016A006）。

李輝容（1976-），女，四川三臺人，博士，副教授，研究方向：納米材料。