介孔二氧化钛/导电碳毡光电极的制备及光电催化性能

以四氯化钛为无机钛源,十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,通过水热合成法制得无机物钛前驱体溶液.以导电碳毡(CCF)为载体,在超声波辅助下用浸渍提拉法负载钛前驱体,通过高温煅烧得到介孔二氧化钛/导电碳毡(MPT/CCF)光电极材料,对样品的结构进行了表征,并以室内污染物气相苯甲醛为目标降解物,通过评价不同煅烧温度和不同负载次数下MPT/CCF的光电催化性能优化了MPT/CCF的制备工艺条件,探讨了催化降解条件(温度、湿度、偏电压)对协同增效机制的影响.结果表明,相对于纯介孔二氧化钛(MPT),MPT/CCF具有较小的粒径尺寸、更大的比表面积和较均匀的孔径分布,这归功于CCF对晶粒生长的抑制作用.其中负载2次MPT并在500℃下煅烧的2-MPT/CCF-500样品具有最高的光电催化活性,主要是由于其具有完善的晶型、均匀的介孔分布和高浓度的羟基自由基,并且在重复使用过程中也具有很高的光电催化活性.最佳的催化条件为温度35℃、相对湿度55%、偏电压10 V.

介孔二氧化钛/导电碳毡光电极制备及其苯甲醛降解机理分析

基于表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵为液晶模板,以四氯化钛为钛源,导电碳毡为载体,通过超声波辅助水热法(ultrasound-assisted hydrothermal method,UH)制备介孔二氧化钛/导电碳毡复合体材料(mesoporous titania/conductive carbon felt,MPT/CCF)(UH-MPT/CCF),为了探讨其结构与光电催化活性,直接采用水热法制备介孔二氧化钛/导电碳毡(H-MPT/CCF)和无孔二氧化钛/导电碳毡(no porous titania/conductive carbon felt,NPT/CCF)复合体材料,利用XRD、XPS、SEM、TEM、TG-DTA、N2吸附-脱附等方法对样品结构进行表征,以气相苯甲醛为目标降解物,研究UH-MPT/CCF的光电催化性能及其对气相苯甲醛的降解机理。结果表明,UH-MPT/CCF材料通过介孔化增加了活性中心(·OH和Ti3+),通过CCF的负载提高了对目标降解物的吸附富集,通过偏电压促进光生电子-空穴对的分离,在这三方的协同作用下UH-MPT/CCF对苯甲醛在100 min内降解率为83.9%,分别是H-MPT/CCF、NPT/CCF和P25/CCF的1.38、1.75和2.38倍。气相苯甲醛光电催化降解产生的主要中间产物是苯、1,3-己二烯-5-炔,以及少量的3,3,5-三甲基环己烯、2,3-二甲基-1,3-庚二烯、3-甲基-3-环己烯-1-醇等。根据GC/MS分析结果,进一步提出了气相苯甲醛的降解机理。

介孔(TiO_2-M)/导电碳毡光电极制备及其光电催化性能

以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵、四氯化钛和金属离子分别为造孔模板、钛源和掺杂剂,通过水热法合成金属离子掺杂介孔二氧化钛(MPT-M)负载导电碳毡(CCF)复合材料((MPT-M)/CCF)。利用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶红外(FT-IR)、N_2吸附-脱附和热重-差热(TG-DTA)等对样品结构进行表征。以气相苯甲醛为目标降解物,探讨了合成材料在紫外光和可见光下的催化性能。结果表明,金属离子Pt的掺杂降低了(MPT-Pt)/CCF的粒径,提高了比表面积和羟基浓度,使得(MPT-Pt)/CCF的光催化活性明显高于其他3种样品((MPT-Mn)/CCF、(MPTFe)/CCF、(MPT-Zn)/CCF),并且具有较好的重复使用性能。最佳的光电催化降解条件为温度35℃、相对湿度55%、偏电压为10 V、初始浓度如40 mg·m-3。