大颗粒状T i O 2 光催化剂的合成、表征及其光催化活性 宜塑咬 pr; w刊 ij 杨民 孙i ,S ! 伙 十 鸿不 中国科学院1 . i 立 化学物理研究所，人连，1 1 6 0 2 3 ) 众所周知， 光催化技术作为 一 种有 潜在 应用价值的高新技术，展示了诱人的 应附前景， 但是，光催化在实际应用中还存在许多难题 对以 纳米T O: 为 二 的粉末状光 摧化剂， 虽其光 u + 子 效率较高，相应光催化反1 ? 器设计简单，但需在其后乎 t in 液分离装胃以使纳米 级催化A 9 颗粒 。 处理后的废水相分离，日前，这如分离 装置的操作费用很高， 时还很难被企 业f - 所 接受在本文中， 我们通过 _ 业原料合成了 乓 有 一 定) L 何形状的人 颗粒丁 i 0 ,井 根据人 颗粒 丁 心: 的特点，设 计了 单管式光催化反应器。 该技术不 但有望解决恳浮相催化剂分离 回收问题. 而且还克服均相和悬浮相催化剂稳定性差和容易中毒等缺点，在同一反应器内 可实现吸附、 催化、分离的有机结合。 颗粒状T i o , 应用于 水处理， 需要有 一 定的耐酸、 耐碱特 It. .故在其合成中不能加入一些常用粘台MI且成烈技术较 为受杂 因此井没得到泛使川。f t 己有的 日1 基础七 ，结 u r f t 胶 一凝胶技术， 我们进 一 步改进1 T i 0 _ 颗粒催化M的制 备 艺，以 1 业偏钦酸为原料，经高能球磨后，再 经胶凝 老化一洗涤一老化增塑一 成1u-焙烧等过程，最后得到人 颗粒丁 i o催化剂。人颗粒状Ti 0 _ 的照片如图 1 所示 1不同 焙烧温度的大颗粒T i O 2 的倍频荧光峰 图 I 人 颗粒状 T i ( ) 的照1 卜卜.卜. 怒斑沼性 . n 图2 不同焙烧温度催化剂 的倍频荧光峰 图3 . F I R 值与 焙烧温度的关系 ( F : 荧光峰面积: R : 倍频峰面积) 我们以 前对各种纳米T i 0粉体的倍频荧光峰( 简 称S H G F S , S e c o n d H a r m o n i c G e n e r a t i o n & F lu o r e s c e n c e S p e c t r o s c o p y ) 的 研 究 发 现， 纳 米T i 0 _ 粉 体 的 荧 光 峰( 简 称F ) 与 倍 频 荧 光 峰( 简 称R ) 的比值F I R 与光催化活性有关， 即F I R 越人， 其光催化活性越高。 通常样品的 荧光峰反 映受激发的电荷分离和表面电子转移的数杖，电荷分离越多，则样品的荧光峰越强，即F 值 越人:而倍频峰则 反映催化剂吸收入射光的能力，物质的吸收入射光的能力越大，则其倍 -9 4一 抽 月， . . . . 白 口 . . 翻 . .门 . .卜 幽每 . 叫 . 阳峥 .目钾.J ， ，司 一 饥 之 峰越弱。喊 R 值越小。若一个催化JA ! 有较好的光催化活性， 强，其受激发的电荷分离和表面电子的转移数量就应越多， 则其吸收入射光的能力就应越 倍频荧光峰较弱，也就是F I R就会较人。 即这时物质的特征荧光峰较i li 而 我们研究了不同 温度信烧的人颗拉丁 i 0 催化剂的 S H G F S .结果如图2 所示。由图可知。 不同 温度 卜 所得催化剂荧光峰及其倍频峰是不同的， 反映出其吸光能力和表面电荷的受激分离和转移能力是不同的。用荧光峰和倍频峰峰面积的 积分值之比 I R对焙烧温度作图，得图3 。由图3 可知:随着焙烧温度的升高，F I R值逐渐减 小。 可推测其光催化活性逐渐降低。 2 . 不同焙 烧温 度的 大 颖粒T iO l 的吸收 光谱 我们测定了 不同焙烧温度的人颗粒T i 0 _ 的吸收光谱，见 图4 。 由图可见， 所有的样品都有 明显的吸收带边，说明 它们都几 有半 导体 特性。从总体上看.样品的吸收边随焙烧温度的升 高而逐渐红移。 热阳旅朴 ， 一 全二 T- cT c I 应三二万TMNe1 翔砚 1t 收哎 It 7 1 1 t W民 It f 当 洲 一 乡 一 一 一 一 、 、 目 . 自 .H 一1 ,1 I - i a l L nI In W W l 图4 不同心度始烧催化剂的吸 收光I ? 图5 . 不1 司 焙烧撇度催化荆的催 化活性比较 光源:6瓦农灯) 3 . 不同 焙 烧温度的 大 顺粒T i0 = 的 光 催化 活性 以 降解磺基水杨酸( S s a l ) 为模刑反应， 我们考杏了不同 焙烧操度对其催化活性的影响， 结果见图5 。由 图可知， 催化活性变化的总趋势是随 挤烧A度的升高 而逐渐降低，当 焙烧温度 为 8 0 0 时，光催活性显著降低。 温度对催化活性的影响可归结于温度对催化剂的结品 度、 品相 织成、 品 体尺 寸、比 表面和 空隙 率 等影 响。由 图5 还可知， 与 商品纳米T i G , T - 2 5 相比 ， 经7 0 0 挤 烧 的 催 化 剂 催 化 活 性 与 之 相 当 。 由 此 可 见 ， 我 们 制 备 的 大 颖 粒 T i G . 与 纳 米 T i a 在 某些特性方面是相似的。 将图5 与图3 关联， 可知， 图5 中光催化活性的变化趋势与根据F ,! R 值所推测的光催化活性的变化相一致。 一 在 单 管 式 中 试 反 应 器 上 进 行 一 定 规 模 的 1 业 化 中 试 实 验 ， 以 降 解 苯 酚 溶 液 为 模 烈 反 应 ， 反 应 液 体 积 为5 0 L ， 反 应 液 流 速 控 制 在6 0 0 L lh 左 右 ， 空 气 流 速为0 .0 5 2 m 瓜 催 化 剂 址 为1 8 1 0 催化 床层的 孔隙率为1 0 %， 反 应液通过水泵 循环 流经催 化床. 反 应3 0 小 时 后. C O D去 除 率达8 0 % . 游 夕 一9 5 一