基于杉木模板的Zn2+掺杂TiO2的光催化性能研究

  目的  针对木材加工行业带来的加工剩余物浪费问题,本研究以杉木为模板,通过浸渍–煅烧的方法,制备具有木材分级多孔结构的Zn2+掺杂TiO₂复合光催化剂,利用木材加工剩余物的高值化利用的方式提高光催化材料的性能。  方法  以亚甲基蓝溶液为降解对象,探讨了不同的Zn2+掺杂对木材模板TiO₂的光催化活性的影响,并结合XRD、SEM、XPS、BET、TEM和UV-vis等表征分析探讨模板二氧化钛的光催化降解机制。  结果  以杉木为模板的Zn-TiO₂具有良好的孔隙结构,其晶型为锐钛矿型和少量的金红石型的混晶结构,平均晶粒尺寸为22.0 nm。掺杂的Zn2+取代了Ti4+的晶格的位置,使TiO₂吸收波长在可见光区发生红移。在紫外光照射条件下,杉木模板1.0%Zn-TiO₂对亚甲基蓝的降解效率最高,达到了99.31%,相比无模板TiO₂提升了27%,同时其禁带宽度相比于无模板TiO₂从3.08 eV减小至2.41 eV。在循环降解亚甲基蓝的实验中,5次降解效率均达到90%以上。  结论  采用木材模板法制备的Zn-TiO₂光催化降解有机污染物性能优异,具有良好的稳定性。木材独特的孔隙结构有利于光的吸收和传质,较高的比表面积为光催化提供了更多的活性位点。Zn2+与被替代的Ti4+由于半径和价态差异使晶格内产生晶格缺陷,抑制了光生电子–空穴的复合,增加了载流子的运输,从而提高光催化性能。将木材剩余物的加工与多孔无机材料领域相结合,对木材加工剩余物的功能化转变具有潜在的应用前景。      

基于杨木模板的二氧化钛制备及其甲醛降解性能研究

使用二氧化钛(TiO_2)光催化降解甲醛,具有节能环保,清洁无毒的优点,同时TiO_2光催化剂可有效降解室内其他污染物以及细菌等有害生物的污染,大大改善室内居住环境。为了提高TiO_2的催化活性和制备结构优良的TiO_2,以杨木为模板,通过采用水热预处理-前驱体浸渍-高温煅烧的工艺方法,进行木材模板TiO_2的制备,以甲醛水溶液的降解性能为指标,对浸渍合成工艺进行优化,并结合SEM、XRD和氮吸附测试分析,对材料进行表征。研究结果表明:以杨木为模板制备的TiO_2对甲醛水溶液具有一定的降解能力,优化前驱体浸渍液中钛酸丁酯∶水∶无水乙醇∶冰乙酸=1∶3∶9∶2(摩尔比),超声浸渍木材模板4 h,超声反应15 min的条件下制备的木材模板TiO_2对甲醛水溶液的降解率最高;在紫外光照下,杨木模板TiO_2粒子受到激发光催化降解甲醛,在120 min内降解率达到12.61%,280 min内降解率达到15.17%;杨木模板TiO_2的晶型结构主要为锐钛矿和少量金红石相,平均晶粒尺寸为18.8 nm,较小的粒径度和多孔结构使得木材模板TiO_2具有较强的紫外光吸收能力,进而提高了材料的紫外光降解能力。