Page 80 - 《精细化工》2020年第6期
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·1146·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 37 卷

            续的方法来降解那些顽固的有机污染物                   [1-4] 。            D 8 Advance 型 X 射线粉末衍射仪，德国 Bruker
                 TiO 2 粉末光催化一直被认为是最有前途的方法                      公司；Quadrasorb SI 比表面积及孔隙率测试仪，美
            之一。由于 TiO 2 具有较强的光催化活性，稳定的物                        国 Quantachrome 公司；UH  4150 紫外-可见分光光
            理化学性质，无毒性等优点，使废水中的染料降解                             度计，日本日立公司；ESCALAB  250  Xi  X 射线光
            成本降低     [5-10] 。然而，仍然存在限制其应用的缺陷，                  电子能谱仪，美国赛默飞世尔科技公司；Tcnai
            例如，TiO 2 的宽带隙（3.2 eV）仅对波长小于 387 nm                 G2F20 场发射透射电子显微镜，美国 FEI 公司；长
            的紫外光区响应，且光生电子-空穴对重组率高，降                            弧氙灯，上海季光特种照明电器厂；TU-1901 型紫
            低反应效率      [11-13] 。因此，研发禁带宽度小、能在可                 外-可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公
            见光响应的 TiO 2 成为当务之急          [14-15] 。稀土金属具有        司；FLs980 全功能型稳态/瞬态荧光光谱仪，英国爱
            特殊的电子层结构，可以充当电子受体，能够有效                             丁堡公司。
            阻碍光生电子-空穴对的复合             [16] 。而非金属元素由于           1.2    制备
            具有特殊的能量轨道           [17] ，作为掺杂元素时可进入                   取 5  mL 钛酸四丁酯溶入 20  mL 无水乙醇中，
            TiO 2 晶格中并部分取代其中的 O 原子以达到缩小                        加入 20 mL 冰醋酸作为水解抑制剂形成混合溶液，
            禁带宽度、使光吸收范围向可见光范围移动的效                              搅拌 30 min 后混合均匀并记为 A 液。称取一定量的
            果 [18-19] 。MA 等 [20] 采用共沉淀法制备了 Sm 和 N 共            硝酸镱和硫脲试剂加入到 5  mL 蒸馏水和 20  mL 无
            掺杂 TiO 2 ，在可见光条件下降解水杨酸，共掺杂样                        水乙醇混合液中，并加入 0.05  g 十六烷基三甲基溴
            品相比于单掺杂和纯 TiO 2 具有更强的光催化活性，                        化铵（CTAB）作为软模板剂，搅拌均匀后形成 B
            并且将增强的光催化活性归因于两种元素的协同效                             液。剧烈搅拌条件下缓慢将 B 液逐滴全部滴加至 A
            应。JON 等    [21] 采用水热法制备了 Yb 和 Er 共掺杂               液，最后超声 30 min 确保混合溶液分散均匀。将其
            TiO 2 ，利用可见光降解苯酚溶液，稀土金属的掺    加入至 200 mL 反应釜内进行水热反应，设置水热温
            杂在价带和导带之间引入了杂质能级，共掺杂的                              度为 140  ℃，水热时间为 12 h，将得到的产物进行
            TiO 2 光催化效果明显高于单掺杂 TiO 2 和纯 TiO 2 。                离心分离。用去离子水和乙醇交替洗 3 次，70  ℃下
            MYILSAMY 等    [22] 利用 In 和 Ce 共掺杂 TiO 2 ，以亚        烘干，用玛瑙研钵研磨成粉末，置于马弗炉中 500 ℃
            甲基蓝作为目标降解物，共掺杂 TiO 2 催化剂通过协                        煅烧 3 h 得到最终产物，记为 x%S/y%Yb-TiO 2。同法
            同效应降低带隙，增强吸附，抑制电子-空穴对的复                            制备纯 TiO 2 、单掺杂 S 和 Yb 的 TiO 2 ，其中 x，y 分
            合从而产生了更多的•OH，最终改善了 TiO 2 的光催                       别表示 S、Yb 对 Ti 的物质的量百分比（x=1%、2%、
            化效率。此外，Ce-N       [23] 、La-Fe [24] 、Y-Eu [25] 、La-N [26] 、  3%、4%、5%；y=0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%）。
                                                               1.3    表征
            Sc-V [27] 、Zr-N [28] 等稀土掺杂均改善了 TiO 2 的结构和
                                                                   采用 X 射线粉末衍射仪测定样品的 XRD 谱图：
            性质，提高了 TiO 2 的光催化活性。
                                                               电压 40  kV ，电流 40  mA ， 辐射源 Cu  K α ，
                 本文采用水热法制备了 S、Yb 单掺杂以及 S、
                                                               λ=0.15418 nm，步长 0.02°，测试速度 0.1 s/step，扫
            Yb 共掺杂 TiO 2 光催化剂，以氙灯为光源，亚甲基
                                                               描范围 2θ=5°~80°；X 射线光电子能谱分析：单色
            蓝为模拟污染物，考察 S、Yb 掺杂对 TiO 2 光催化性
                                                               Al K α （hv= 1486.6 eV），污染碳 C 1s 结合能 284.8 eV
            能的影响；结合 XRD、SEM-EDS、TEM、XPS、
                                                               作能量校准。
            UV-Vis、PL 等表征手段对其光催化活性进行分析表
                                                               1.4   光催化性能测试
            征，探讨掺杂元素对 TiO 2 催化性能的影响，并讨论
                                                                   以亚甲基蓝（MB）的降解率来评价样品的光催
            TiO 2 光催化剂的作用机理；通过对共掺杂 TiO 2 光催
                                                               化活性。实验在石英玻璃光催化装置中进行，并从
            化剂的回收利用确定其稳定性。本文旨在得到一种
                                                               外部隔离光线。500  W 氙灯作为反应光源，光源与
            应用于治理水污染的绿色光催化剂。
                                                               溶液表面距离约为 5 cm，室温。称取 40 mg 光催化
            1   实验部分                                           剂于 40 mL 的 MB（质量浓度为 20 mg/L）溶液中，
                                                               催化剂质量浓度为 1.0 g/L。黑暗条件下室温剧烈搅
            1.1   试剂与仪器                                        拌 30 min（300  r/min），确保悬浮液达到吸附-脱附
                 钛酸四丁酯（TBOT，AR）、五水合硝酸镱                         平衡。使用 500  W 氙灯进行光催化反应。每间隔
            （YbN 3 O 9 •5H 2 O，AR）、亚甲基蓝（C 16 H 18 ClN 3 S，     15 min 取 4 mL 悬浮液在离心机中以 5000 r/min 离心
            AR），山东西亚化学股份有限公司；冰乙酸（AR），                          20 min，取上层清液，用紫外-可见分光光度计测定
            天津市风船化学试剂科技有限公司；硫脲（CH 4N 2S，                       其最大吸收波长 665 nm 处的吸光度，记为 A t ，以此
            AR），上海中秦化学试剂有限公司；无水乙醇（AR），                         计算 MB 的质量浓度。利用式（1）计算 MB 降解率
            天津市致远化学试剂有限公司；蒸馏水，自制。                              （η）：
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