响应面法优化N掺杂P25改性材料的制备工艺.pdf

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1、Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．３化工新型材料第４２卷第３期·３６·ＮＥＷＣＨＥＭＩＣＡＬＭＡＴＥＲＩＡＬＳ２０１４年３月响应面法优化Ｎ掺杂Ｐ２５改性材料的制备工艺魏哲东１，２１１，２＊１张建广宋贤良叶盛英（１．华南农业大学食品学院，广州５１０６４２；２．华南理工大学淀粉与植物蛋白深加工教育部工程研究中心，广州５１０６４０）摘要采用响应面法对Ｎ掺杂改性光催化材料Ｎ－Ｐ２５进行优化，提高其在可见光下的光催化活性。以亚甲基蓝作为目标降解物，对煅烧温度、煅烧时间、掺杂量３个因素进行单因素实验。根据单因素实验结果设计中心组合实验，采用响应面分析法确定最优条件。结果表明：煅烧温度为４２３℃，煅烧时间为２．６ｈ，掺杂

2、量为３１％（与Ｐ２５的质量比）时，Ｎ－Ｐ２５可见光催化活性最高，对亚甲基蓝的降解率达到６２．２１％，与预期值６２．９４％基本符合。关键词Ｎ－Ｐ２５，可见光，催化活性，响应面ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒＮ－ｄｏｐｉｎｇＰ２５ｍｏｄｉｆｉｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓｂｙｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ１，２１１，２１ＷｅｉＺｈｅｄｏｎｇＺｈａｎｇＪｉａｎｇｕａｎｇＳｏｎｇＸｉａｎｌｉａｎｇＹｅＳｈｅｎｇｙｉｎｇ（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＦｏｏｄＳｃｉｅｎｃｅ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ

3、５１０６４２；２．ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｏｎｏｌｏｇｙ，ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＳｔａｒｃｈａｎｄＰｌａｎｔＰｒｏｔｅｉｎＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０）ＡｂｓｔｒａｃｔＲｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙｗａｓｕｓｅｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒＮ－ｄｏｐｅｄＰ２５ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔ’ｓｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｗｈｉｃｈｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｂ

4、ｙｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｍｅｔｈｙｌｅｎｅｂｌｕｅ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｔｉｍｅａｎｄｄｏｐｉｎｇａｍｏｕｎｔｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｉｎｓｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ａｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｍｅｔｈｙｌｅｎｅｂｌｕｅｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｕｓｉｎｇａｃｅｎｔｒａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄｅｓｉｇｎｗｈｉｃｈｉｎｖｏｌｖｅｄｔｈｅａｂｏｖｅｔｈｒｅｅｆａｃｔｏｒｓａｔｔｈｒｅｅｌｅｖｅｌｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓｍｏｄｅｌ，ｒ

5、ｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｕｓｅｄｔｏｆｉｎｄｏｕｔｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｌｅｖｅｌｓｏｆｔｈｅｓｅｔｈｒｅｅｆａｃｔｏｒｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｅｒｅｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ４２３℃，ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆ２．６ｈａｎｄｄｏｐｉｎｇａｍｏｕｎｔｏｆ３１％．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｓｅｏｐｔｉｍｕｍｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｏｆＮ－Ｐ２５ｗａｓｔｈｅｍａｘｉｍｕｍ．Ｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｍｅｔｈｙｌｅｎｅｂｌｕｅｒｅａｃ

6、ｈｅｄｕｐｔｏ６２．２１％，ｗｈｉｃｈｗａｓｂａｓｉｃａｌｌｙｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄｖａｌ－ｕｅｏｆ２４．４１％．ＫｅｙｗｏｒｄｓＮ－Ｐ２５，ｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔ，ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙ，ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄＴｉＯ２是一种新型的半导体材料，化学性质稳定，无毒，抗纳米光催化材料的研究鲜有报道。光腐蚀性好和较强的氧化性能，使其在治理环境污染方面取虽然，使用非金属离子Ｎ进行掺杂改性的报道非常多，但［１－３］。但是，由是探究最佳改性条件的研究却未见报道。本研究以尿素为Ｎ得了越来越多的关注，具有最广泛的应用前景于ＴｉＯ２的激

7、发能较高（锐钛矿型的禁带宽度为３．２ｅＶ，金红源，采用研磨－煅烧法对Ｐ２５进行掺氮改性，制备改性光催化石型的禁带宽度为３．０ｅＶ），只能利用占太阳光能４％－６％的材料Ｎ－Ｐ２５。以亚甲基蓝的降解率作为评价指标，煅烧温度、紫外光（λ＜３８８ｎｍ），对太阳光的利用率极低［４－５］。为提高纳米煅烧时间、掺杂量三个因素为自变量，通过响应面法对Ｎ掺杂［６］、化学Ｐ２５的影响因素进行优化，探究Ｎ元素的最佳改性条件，为以Ｔ