SiO2柱层状钛酸的制备、表征和光催化性能研究.pdf

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1、第25卷第5期环境化学VOI.25，NO.52006年9月ENVIRONMENTALCHEMISTRYSeptember2006!SiO柱层状钛酸的制备、表征和光催化性能研究2!!邵飞郑寿荣江芳许昭怡（污染控制与资源化研究国家重点实验室，南京大学环境学院，南京，2l0093）摘要采用逐步交换法，将含硅多聚物嵌入到层状钛酸的层间，通过焙烧制得SiO2柱层状钛酸（SiO2-H2Ti4O9）光催化剂.用X射线衍射（XRD）、红外吸收光谱（IR）、紫外-可见漫反射吸收光谱（UV-vis）和比表面积等测定方法对催化剂进行了表征.结果表明，SiO2-

2、H2Ti4O9的层间距由钛酸钾的0.88nm增加到2-l2-ll.35nm，比表面积由5.4m·g增大到l33.3m·g.另外，通过对酸性大红GR的光催化降解反应，考察了所得催化剂的光催化活性.关键词光催化，二氧化硅，钛酸钾，酸性大红GR，降解.采用光催化技术降解有机污染物.除了常用的TiO2光催化剂以外，层状金属氧化物也具有较高的［l—3］光催化活性.但大多数层状金属氧化物的层间距较小，反应物通常难以进入层间，从而导致光催化降解效果不理想.通过在层间插入稳定的无机物柱子以提高其层间距，使污染物易于进入层间，可有效地克服层状金属氧化物这一

3、缺点.本文采用层状金属氧化物K2Ti4O9与氢离子发生交换反应制备H2Ti4O9，经正十二胺将H2Ti4O9预支撑，再引入正硅酸乙酯（TEOS），最后通过焙烧除去层间的有机物，得到具有较高热稳定性和较大比表面积的氧化硅柱层状钛酸.并以光催化降解酸性大红GR为例，考察了合成材料的光催化性能.l实验部分l.l催化剂的制备-l［4］K2Ti4O9的制备参见文献［3］.将K2Ti4O9和lmOI·IHCI充分交换后即得H2Ti4O9.取2gH2Ti4O9加入到30mI50%（!"!）正十二胺的乙醇溶液中，搅拌片刻后放入高压反应釜中，于l30C反应

4、721.离心分离后再用乙醇水溶液洗涤，50C烘干，即得到正十二胺支撑的柱层状钛酸，记为Tl2.取lgTl2加入到60mI正硅酸乙酯（TEOS）中，在高压反应釜中于l30C反应241，冷却后用无水乙醇洗涤，产物继续和40mITEOS在高压反应釜中于l30C反应241.反应结束后，用无水乙醇洗涤所得产物，烘干后记为Si-Tl2.在500C下焙烧Si-Tl2材料41，即得到SiO2支撑的柱层状钛酸（SiO2-H2Ti4O9）.l.2催化剂的表征样品的XRD分析使用日本理学RigaKu公司D/max-RA型X射线衍射仪，Cu靶（#，!=!ll.5

5、4056A），操作条件：40kV，40mA；红外光谱（IR）在Nexus870FT-IR红外仪上测定；紫外-可见漫反射吸收光谱在UV-240lPC型紫外-可见吸收光谱仪上进行测定；比表面积在MicrOmeriticsASAP-2020型比表面测定仪上进行测定，测定前样品先在300C抽脱活化至系统真空度优于0.2Pa.l.3光催化反应-l取500mI浓度为80mg·I的酸性大红GR溶液与0.2g催化剂在自制的光反应器中混合，暗态吸附60min后，开启汞灯（250W），每隔一定时间取样，过滤除去催化剂颗粒后用UV-9200紫外可见分光光度计在

6、5l2nm处测定溶液中酸性大红GR的浓度.2005年ll月ll日收稿.!国家自然科学基金资助项目（40402022），江苏省自然科学基金资助项目（BK20054l7）.!!通讯联系人，EmaiI：z1aOyixu@nju.edu.cn5期邵飞等：SiO2柱层状钛酸的制备、表征和光催化性能研究5592结果与讨论2.l催化剂的表征图l（a）的XRD谱图中，K2Ti4O9和H2Ti4O9衍射峰的峰形尖锐，表明K2Ti4O9的结晶度较高.依［5］+据K2Ti4O（900l）晶面（2!=l0.l）的衍射峰计算出相应的层间距为0.88nm.已知层间K

7、离子的直2-径为0.3nm，层板Ti4O9的厚度为0.58nm.同样可以计算出H2Ti4O9的层间距为l.02nm，较K2Ti4O9的层间距稍大.由图l（b）可见，由于正十二胺的插入，层间距由l.02nm增加到3.32nm（2!=2.66），扣除层2-［6］板Ti4O9的厚度（0.58nm），则层间有机胺的高度为2.74nm.然而正十二胺的链长只有l.78nm，+因此，层间应当有两层有机胺.正十二胺中亲水性的—NH2基团与层板中的H结合，而疏水性的碳［7］链则集中在层板的中间，从而在层板中形成类似双分子膜的结构.从图l（c）可以看出，当T

8、l2与TEOS反应后，所得SiO2-H2Ti4O9的层间距下降到2.54nm（2!=3.48），表明TEOS或含硅聚合物已部分取代了有机胺离子进入到层间.由于有机胺在500C下焙烧［8］可完全