不同制备方法对TiO<sub>2</sub>/ZSM-5复合材料光催化性能的影响

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0560

摘要/Abstract

摘要：

分别采用浸渍法、水热合成法、均匀沉淀法和溶胶-凝胶法合成了TiO₂/ZSM-5复合材料，并采用XRD、SEM、EDS、FT-IR、UV-Vis和PL等表征手段对所制备的材料进行物相、形貌、结构和光学性能分析。室温下，以100 mL质量浓度为10 mg/L的罗丹明B（RhB）溶液为目标污染物，考察了不同材料对目标污染物的光催化降解率，并对光催化过程中主要活性物质进行分析。结果表明：浸渍法合成的复合材料光催化性能最好，降解率可达99.8%。不同活性组分中，超氧自由基（ $· O 2 -$ ）对RhB降解的影响最大。

关键词: 二氧化钛, TiO₂/ZSM-5复合材料, 光催化, 罗丹明B

Abstract:

TiO₂/ZSM-5 composites were synthesized by impregnation，hydrothermal synthesis，homogeneous precipitation and sol-gel method，respectively. The phase，morphology，structure and optical properties of TiO₂/ZSM-5 were characterized by XRD，SEM，FT-IR，EDS，UV-Vis，and PL. At room temperature，with Rhodamine B （RhB） solution with 100 mL，10 mg/L as the target pollutant，the photocatalytic degradation rates of different materials were investigated and the main active substances in the photocatalytic process were analyzed. The results indicated that the composite material by impregnation method had the best degradation ratio，which can reach 99.8%. Among the different active components，superoxide radical（ $· O 2 -$ ） had the greatest effect on RhB degradation.

Key words: TiO₂, TiO₂/ZSM-5 composite materials, photocatalytic, Rhodamine B

中图分类号:

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https://www.iwt.cn/CN/Y2022/V42/I2/81

图/表 11

图1 光催化反应装置图

Fig. 1 Photocatalytic reaction device diagram

图2 ZSM-5和TiO₂/ZSM-5复合材料的XRD

Fig. 2 XRD of ZSM-5 and TiO₂/ZSM-5 composite materials

图3 ZSM-5和TiO₂/ZSM-5复合材料的SEM （a）ZSM-5；（b）HT法（c）HP法；（d）Sol-Gel法；（e）~（f）IMP法

Fig. 3 SEM of ZSM-5 and TiO₂/ZSM-5 composite materials

图4 IMP法制备的TiO₂/ZSM-5复合材料的EDS （a）IMP法制备的TiO₂/ZSM-5复合材料；（b）O元素分布；（c）Si元素分布；（d）Al元素分布；（e）Ti元素分布；（f）Na元素分布

Fig. 4 EDS of TiO₂/ZSM-5 composite material prepared by impregnation method

图5 ZSM-5和TiO₂/ZSM-5复合材料的FT-IR

Fig. 5 FT-IR of ZSM-5 and TiO₂/ZSM-5 composite materials

图6 ZSM-5、TiO₂和TiO₂/ZSM-5复合材料的UV-Vis图（a）　UV-Vis曲线图（b）带隙能拟合曲线

Fig.6 UV-Vis patterns of ZSM-5，TiO₂and TiO₂/ZSM-5 composite materials

图7 TiO₂和TiO₂/ZSM-5复合材料的PL图谱

Fig. 7 PL patterns of TiO₂ and TiO₂/ZSM-5 composite materials

图8 ZSM-5、TiO₂和TiO₂/ZSM-5复合材料对RhB光催化降解效果（a）RhB溶液降解曲线（b）RhB降解一级动力学曲线

Fig.8 Photocatalytic degradation effect of ZSM-5, TiO₂and TiO₂/ZSM-5 composite materials on RhB

表1 TiO₂和TiO₂/ZSM-5复合材料的一级反应动力学参数

Table 1 First-order kinetic parameters of TiO₂ and TiO₂/ZSM-5 composite materials

样品	IMP	HT	Sol-Gel	HP	TiO₂
k/min^-1	0.050 65	0.030 92	0.018 88	0.014 87	0.014 77
R ²	0.989 42	0.987 43	0.938 32	0.945 44	0.909 61

图9 IMP法制备TiO₂/ZSM-5复合材料添加量（a）和RhB溶液pH（b）对降解率的影响

Fig.9 Effects of the dosage of TiO₂/ZSM-5 composite material prepared by impregnation（a）and RhB solution pH（b）on photocatalytic degradation

表2 猝灭剂对RhB降解的影响

Table 2 Effect of quenching agent on degradation of RhB

猝灭剂	－	VC	AO	IPA
猝灭活性组分	－	$· O 2 -$	h⁺	·OH
RhB降解率/%	99.8	26.4	73.6	90.2

表2 猝灭剂对RhB降解的影响

Table 2 Effect of quenching agent on degradation of RhB

猝灭剂	－	VC	AO	IPA
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RhB降解率/%	99.8	26.4	73.6	90.2

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