Page 122 - 《精细化工》2020年第4期

·756· 精细化工 FINE CHEMICALS
图 8 N-TiO 2 的 XPS 图
Fig. 8 XPS charts of N-TiO 2
图 8a 中 3 种 N-TiO 2 的 N1s 特征谱图均可分为
两条高斯曲线，三者分别位于 398.5、398.0、397.9 eV
处的特征峰归因于 N 原子取代 TiO 2 晶格中的 O 原
子形成的 Ti—N—Ti 键，而位于 399.72、399.35、
399.00 eV 处的特征峰属于 Ti—O—N 键中的间隙
氮。图 8b 中的 O1s 特征图谱中也有两个特征峰，三
者分别位于 530.07、530.03、529.96 eV 处归属于
N-TiO 2 中的晶格氧，而 位于 531.77 、 531.72 、
531.60 eV 处的峰则归因于催化剂表面的羟基官能
团或吸附的表面水。
由图 8 可以看出，3 种 N-TiO 2 光催化剂中 N 元素
以替代氮和间隙氮的形式存在，而 O 元素以晶格氧和
表面氧的形式存在，说明 N-TiO 2 光催化剂在制备过程
中加入等离子体处理对 N 元素和 O 元素的存在形式无
影响。
由测得的 XPS 能谱分析结果得到，N-TiO 2 (LTP+
C)、N-TiO 2 (C+LTP)和 N-TiO 2 (C)的 N 元素含量分别
为 24%、19%和 15%。N-TiO 2 (LTP+C)光催化剂的制
备过程更有利于 N 元素的掺入。
2.6 TiO 2 和 N-TiO 2 可见光降解甲基橙溶液的性能
及稳定性评价
2.6.1 TiO 2 和 N-TiO 2 可见光降解甲基橙溶液的性能
TiO 2、N-TiO 2(C)、N-TiO 2(C+LTP)、N-TiO 2(LTP+C)
4 种光催化剂可见光降解甲基橙溶液的效果图如图
9 所示。从图 9 可以看出，可见光下 TiO 2 对甲基橙
溶液的降解能力很小，而经过 N 掺杂和 N 2 等离子
第 37 卷
体辅助掺氮煅烧处理所得的 N-TiO 2 对 MO 的光降解
能力明显提高。在可见光照射 240 min 内，N-TiO 2
(LTP+C)对 MO 的降解效果明显高于 N-TiO 2 (C+LTP)
和 N-TiO 2 (C)，最大光降解率达 90%，由此可见，
N-TiO 2 制备过程中先经过等离子体处理再经过煅烧
处理后所得的 N-TiO 2 的可见光降解能力是最高的。
其原因在于 N-TiO 2 (LTP+C)的Ｎ掺入量最高，且对
可见光的吸收性最强（见 EDS、UV-vis 和 XPS 表征
结果）。
图 9 TiO 2 和 N-TiO 2 可见光降解甲基橙溶液曲线
Fig. 9 Visible light degradation of methyl orange solution
by TiO 2 and N-TiO 2
2.6.2 催化剂稳定性评价
TiO 2 、 N-TiO 2 (C) 、 N-TiO 2 (C+LTP) 和 N-TiO 2
(LTP+C) 4 种光催化剂的第 3 次循环稳定性实验结
果，如图 10 所示。从图 10 可以看出，经过循环使
用后的 4 种催化剂对甲基橙的降解率均略有下降，
但 3 种 N-TiO 2 的降解能力仍高于 TiO 2 。与 N-TiO 2 (C)
相比较，经过等离子体处理的催化剂的降解能力仍
大于单纯煅烧的 N-TiO 2 ，且 N-TiO 2 (LTP+C)的可见
光降解能力是最高的，达到 78%。
图 10 TiO 2 和 N-TiO 2 的光催化稳定性评价图
Fig. 10 Stability evaluation of TiO 2 and N-TiO 2
2.7 光降解反应动力学分析
以–ln（C t /C 0 ）对光照时间 t 作图，结果如图 11
所示。其线性回归系数与表观速率常数如表 2 所示。