高热稳定性有序介孔TiO 2 /活性炭制备及其孔-孔协同光催化性能

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)表面活性剂和钛酸四丁酯分别为造孔模板和钛源, 通过超声辅助溶剂挥发自组装技术制备有序介孔氧化钛(ordered mesoporous TiO 2 , OMPT)及其活性炭负载体(ordered mesoporous TiO 2 /AC, OMPTA). 为探讨OMPTA结构与性能之间的关系, 采用超声辅助溶胶-凝胶技术合成了无孔氧化钛/活性炭(nonporous TiO 2 /AC, NPTA)负载体, 利用热重-差热(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)、氮气吸附-解吸、透射电子显微镜(TEM)和紫外漫反射(DRS)等手段对制备材料结构进行表征. 以酸性红B (acid red B, ARB)的光催化降解为探针实验, 评价OMPTA的光催化性能和使用寿命, 提出了孔-孔协同光催化扩增机制, 并探讨了催化条件(染料浓度、催化剂浓度和溶液pH)对协同扩增效果的影响. 结果表明: 相对于纯OMPT, OMPTA具有晶粒生长的高活化能、较小的粒径尺寸和对有序介孔结构的高热稳定性, 这归功于活性炭的吸附力和非晶相层对晶粒生长的阻碍作用. 由于孔-孔协同光催化扩增效应, 导致OMPTA在NPTA、OMPT-AC、OMPT、P25和NPT中具有更高的催化活性. 热处理温度强烈影响OMPTA的光催化活性, 其中OMPTA-500具有最高的光催化活性, 这归功于其具备完善的结晶性、相对高浓度的羟基和Ti 3+ 离子. 同时, OMPTA-500在重复使用过程中也具有很高的光催化性能. 当使用OMPTA-500为催化剂对ARB降解时, 最佳的催化条件为催化剂浓度1 g/L, ARB浓度15 mg/L, pH 5.