水熱輔助溶膠凝膠法制備納米鈦酸鋅及其光催化性能

李俊生 徐美艷 關(guān)天宇 夏至 姜黎明 譚沖 左金龍

摘要：采用水熱輔助的溶膠凝膠法制備納米鈦酸鋅（ZnTiO3）光催化劑，以羅丹明B為目標(biāo)降解物，運(yùn)用動(dòng)力學(xué)模型分析羅丹明B（RhB）初始濃度對(duì)降解效果的影響。通過(guò)SEM、XRD、XPS、UVVis DRS對(duì)ZnTiO3進(jìn)行表征，并使用自由基捕獲試驗(yàn)分析其降解機(jī)理。結(jié)果表明，ZnTiO3為純六方相，形貌為類球形，粒徑50 nm左右。在催化劑用量為1 g/L、RhB初始濃度為5 mg/L、pH值為3的條件下，光催化反應(yīng)150 min后，RhB降解率為93.2%。其動(dòng)力學(xué)方程為k=0.132C0-1.253。ZnTiO3光催化劑降解過(guò)程中，·OH、h+、·O2-均起到催化作用，產(chǎn)生·OH、h+的量相近且多于·O2-，說(shuō)明·OH、h+在催化反應(yīng)中起主要作用。

關(guān)鍵詞：鈦酸鋅;動(dòng)力學(xué);羅丹明B;光催化降解

中圖分類號(hào)：X703.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：20966717（2020）03014907

Abstract： The nanozinc titanate （ZnTiO3） photocatalyst was prepared by hydrothermalassisted solgel method. Rhodamine B was taken as the target degradant. The effect of initial concentration of Rhodamine B （RhB） on the degradation was analyzed by kinetic model. ZnTiO3 was characterized by SEM， XRD， XPS and UVVis DRS. The degradation mechanism was analyzed by free radical trapping experiments. The results show that ZnTiO3 is a pure hexagonal phase with a spherical shape and a particle size of about 50 nm. Under the condition of catalyst dosage of 1 g·L-1， initial concentration of RhB of 5 mg/L and pH of 3， the degradation rate of RhB was 93.2% after photocatalytic reaction for 150 min. Its kinetic equation is k=0.132C0-1.253. In the degradation process of ZnTiO3 photocatalyst， ·OH， h+， ·O2- all play a catalytic role， and the amount of ·OH and h+ is similar and more than ·O2-， indicating that ·OH and h+ play a major role in the catalytic reaction.

Keywords：ZnTiO3; kinetics; Rhodamine B; photocatalytic degradation

羅丹明B染料是應(yīng)用最多的染料之一。合成染料廣泛應(yīng)用于紡織、食品加工、印染制造業(yè)等先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域[1]。印染廢水產(chǎn)量大、色度高、難處理[2]。這種高度著色廢水對(duì)植物的光合作用、水生生物、海洋生物以及人類都有毒性作用[34]。光催化技術(shù)利用光能進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化，是光催化劑表面的光驅(qū)動(dòng)化學(xué)過(guò)程，可以從水中產(chǎn)生氫氣，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，降解有機(jī)污染物，并將CO2還原成有機(jī)燃料[5]。太陽(yáng)能是可持續(xù)的清潔能源，因此，光催化技術(shù)是解決環(huán)境污染和能源短缺的綠色技術(shù)之一。鈦酸鋅由于其在微波介質(zhì)[6]、陶瓷[7]、光催化[8]、光致發(fā)光材料[9]、太陽(yáng)能反射顏料[10]等方面具有潛在應(yīng)用，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注[11]。中國(guó)鈦資源含量豐富，為世界之首，這為研究鈦酸鹽光催化劑提供了有利條件[12]。鈦酸鋅體系共有3種結(jié)構(gòu)，分別為正鈦酸鋅（Zn2TiO4）、六方偏鈦酸鋅（ZnTiO3）以及立方偏鈦酸鋅（Zn2Ti3O8）[13]。……