铋和镧共掺杂二氧化钛半导体的制备与光催化性能研究

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------铋和镧共掺杂二氧化钛半导体的制备与光催化性能研究32第37卷第12期2011年12月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.12Dec.,2011铋和镧共掺杂二氧化钛半导体的制备与光催化性能研究姜聚慧，王林浩，张圣麟，王慧（河南师范大学化学与环境科学学院，绿色化学介质与反应省部共建重点实验室

2、，河南新乡453007）摘要：采用溶胶-凝胶法制备了纯的TiO2和铋镧共掺杂的TiO2光催化剂，以活性黑KN-B为模型降解物，考察了研究了催化剂投加量、染料初始质量浓度、溶液pH对活性黑铋单掺杂和铋镧共掺杂对TiO2光催化剂的活性影响，KN-B降解率的影响。结果表明，铋掺杂的TiO2光催化活性高于TiO2，而适量铋镧共掺杂TiO2光催化活性进一步提L-1，L-1，高，最佳掺杂比是0.5%的Bi和0.2%的La。当铋镧共掺杂TiO2催化剂投加量为2.0g·初始质量浓度为40mg·pH为2.2时，活性黑KN-B在125W高

3、压汞灯光照下20min后的降解率可达100%。关键词：二氧化钛；活性黑KN-B；光催化；共掺杂中图分类号：——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------TQ314.24+2；X788文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)12-0032-004近年来随着染料行业及纺织印染行业的快速发展，

4、排入环境中的染料废水也随之逐年递增，由于染料种类繁多、结构复杂，并且染料废水色度深、浓度大、毒性大，已成为严重的环境污染物，但是常用的生物化学法对染料的降解作用有限[1-2]。TiO2光催化性能较好，化学性能稳定，无污染，能破坏染料等有毒有机污染物的稳定结构，应用范围广，效率高，催化降解彻底，是近几年来环境领域研究的热点[3]。但是TiO2本身存在的缺陷使其在实用性方面有一定制约，因此对TiO2进行了大量改性研究以提高其光催化活性，常用的方法有金属离子掺杂、非金属元素掺杂、表面贵金属沉积、复合半导体等，其中金属离子掺杂

5、是较普遍的手段，起初的研究是对TiO2进行单组分的掺杂，近来研究发现双组分共掺杂制得的光催化剂比单组分掺杂的光催化剂拥但对于铋和镧共掺杂纳米二氧有更高的光催化活性[4]，化钛光催化剂的相关研究还较少，因此本文采用溶胶-凝胶法制备铋镧共掺杂纳米TiO2光催化剂，以染料活性黑KN-B为模型降解物，考察了掺杂浓度及相关因素对纳米TiO2光催化活性的影响。硝酸镧均为分析纯，活性黑KN-B为化学纯。T6型紫外可见分光光度计；KQ2200DB型数控超声波清洗器；光催化反应器（自制）；————————————————————————

6、——————————————------------------------------------------------------------------------------------------------PHS-3C型精密酸度计；电热恒温鼓风干燥箱。1.2催化剂的制备将24mL钛酸正丁酯在搅拌下逐滴加入90mL无水乙醇和4mL冰醋酸混合液中，继续搅拌一定时间形成溶液A；将10mL去离子水，1mL硝酸充分混合后得溶液B；在剧烈搅拌下将溶液B滴入溶液A中，滴完后继续搅拌一定时间得到均匀透明的溶胶。溶胶经室温

7、陈化两天后变为凝胶，80℃下干燥24h得干凝胶，经不同温度煅烧4h，研磨成粉，即得纳米TiO2。在制备溶液B时加入适量的硝酸铋和硝酸镧，按上述同样方法制备掺Bi的TiO2和Bi-La共掺杂的TiO2，分别标记为Bix/TiO2和BixLay/TiO2（x、y表示Bi和La对Ti的摩尔百分率，适用全文）。1.3光催化性能测定光催化活性以光催化降解活性黑KN-B来评价。配制一定浓度的活性黑KN-B溶液，加入适量的自制光催化剂，经超声波清洗器超声分散30min后转入自制光催化反应器中，光源为125W高压汞灯（主波长为365n

8、m），试验过程中磁力搅拌并持续1试验部分1.1试剂与仪器钛酸正丁酯、无水乙醇、冰醋酸、硝酸、硝酸铋、收稿日期：2011-04-13作者简介：姜聚慧（1967－），女，副教授，研究方向为纳米材料的制备及应用；E-mail：jiangjuhui@126.comAt/A0）×100%计算其降解率；根据1级动力学方程ln(ρ0/ρt)=k