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第 35 卷第 8 期 精 细 化 工 Vol.35, No.8
201 8 年 8 月 FINE CHEMICALS Aug. 2018

催化与分离提纯技术
N-Al/TiO 催化剂的制备及可见光降解染料
2

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王 鑫，王丹丹，郑永杰 ，田景芝，荆 涛
（齐齐哈尔大学 化学与化学工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

摘要：采用溶胶-凝胶法分别制备了 N、Al 单掺杂与 N、Al 共掺杂的 TiO 2 复合材料，考察了 4 种催化剂在可见
光下对染料甲基橙、亚甲基蓝、罗丹明 B 的光降解效率。采用 XRD、SEM、XPS、UV-Vis DRS、N 2 吸附-脱附
手段对催化剂进行表征和评价。结果表明：N、Al 共掺杂后的 TiO 2 骨架晶型仍保持为锐钛矿型，比表面积增加，
团聚现象略有减少，且 N、Al 共掺杂 TiO 2 催化剂在可见光下对甲基橙的降解效果最佳，脱色率可达 70%左右。
关键词：溶胶-凝胶法；共掺杂 TiO 2 ；锐钛矿相；脱色率；催化技术
中图分类号：O643；TB43.1 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2018) 08-1325-06

Preparation of N-Al/TiO 2 Catalysts and Visible Light Degradation Dyes

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WANG Xin, WANG Dan-dan, ZHENG Yong-jie , TIAN Jing-zhi, JING Tao
（College of Chemistry and Chemical Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161006, Heilongjiang, China）

Abstract: N, Al doped TiO 2 and N, Al co-doped TiO 2 composites were prepared by sol-gel method,
respectively. The photocatalytic degradation efficiency of dyes methyl orange, methylene blue and
rhodamine B under visible light was studied. The catalysts were characterized and evaluated by XRD, SEM,
XPS, UV-Vis DRS, and N 2 adsorption-desorption. The experimental results show that the crystal structure
of N, Al co-doped TiO 2 remains as anatase, the specific surface area increases, and the agglomeration
phenomenon slightly decreases. N, Al co-doped TiO 2 catalyst has the best degradation effect on methyl
orange under visible light, and the decolorization rate can reach 70%.
Key words: sol-gel method; co-doped TiO 2; anatase phase; decolorization rate; catalysis technology
Foundation item: Qiqihar City Science and Technology Project (SFGG-201601)

TiO 2 是一种化学性质稳定、氧化能力强、易制 性。TiO 2 的改性方法包括贵金属修饰 [14-16] 、半导体
备、成本低的半导体材料，在光催化领域具有广泛 复合以及过渡金属掺杂等，而应用范围较广的是金
的应用，如降解染料、硝基芳烃、酚类等 [1-2] ，以消 属与非金属掺杂改性 TiO 2 ，可有效地改变光响应范
除有机和无机污染物对环境造成的伤害。TiO 2 半导 围，提高其光催化活性 [17-19] 。TiO 2 的制备方法包括
体材料的能带带隙较宽（3.2 eV），光波的吸收阈值 气相法、固相法以及液相法，其中液相法的制备过
较小 [3-8] ，光生电子的还原能力减弱 [9-10] ，导致 TiO 2 程较为广泛，包括溶胶-凝胶法、水热法、微乳法、
半导体材料在可见光范围内的利用率较低，因此， 沉淀法等。溶胶-凝胶法具有较高的应用前景，在较
为了改善 TiO 2 半导体材料对染料的光降解能力，对 低温度下，微量元素可均匀地掺入到样品中。当前
TiO 2 催化剂进行修饰以及掺杂，从而增强其光催化 TiO 2 催化剂对可见光的利用率较低，仅有 1%，为了
效率 [11] 。Murashkina [12] 等采用溶胶-凝胶法制备 Al 提高其利用率，对 TiO 2 催化剂进行改性，将 N、Al
掺杂 TiO 2 催化剂，证明了 Al 掺杂 TiO 2 催化剂的光 元素掺杂到 TiO 2 催化剂中，以降低载流子的复合，减
催化活性增强，其 TiO 2 的比表面积也有所增加。赵 小其禁带宽度，从而增强 TiO 2 催化剂降解染料的氧
芳 [13] 等在 TiO 2 /SiO 2 中负载 Fe、N 元素，降低了带 化还原能力。
隙能，抑制了光生载流子的复合，提高了光催化活 本文采用溶胶-凝胶法制备 N、Al 单掺杂以及

收稿日期：2018-03-29; 定用日期：2018-06-04; DOI: 10.13550/j.jxhg.20180227
基金项目：齐齐哈尔市科技攻关项目（SFGG-201601）
作者简介：王 鑫（1993—），女，硕士生。联系人：郑永杰（1964—），男，教授，硕士生导师，E-mail：zyj1964@163.com。