回收混凝土粉末负载TiO<sub>2</sub>催化剂的制备及光催化性能

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2024-0939

摘要/Abstract

摘要：

以回收混凝土粉末（RCP）作为载体，TiO₂作为光催化活性中心，采用机械化学法制备了RCP/TiO₂光催化剂。通过X射线衍射谱（XRD）、N₂吸附-脱附曲线、紫外可见漫反射光谱（UV-vis DRS）、光致发光光谱（PL）、瞬态光电流谱（TPC）和电化学交流阻抗谱（EIS）表征了RCP/TiO₂光催化剂的物相晶型、比表面积、孔隙结构和光电化学性质，评价了光催化剂在紫外光照射下降解有机染料亚甲基蓝（MB）的活性和稳定性，分析了共存无机盐离子和水基质对RCP/TiO₂光催化降解MB效果的影响，研究了体系中的活性物种及活性物种的贡献率。结果表明：RCP的引入提高了光催化剂的比表面积、光谱吸收能力和电荷转移速率，实现了光生载流子的高效分离。紫外光照射90 min，RCP/TiO₂催化剂对溶液中MB的光催化降解率达到了99.91%，循环使用10次后对MB的光催化降解率仍为99.10%，表现出良好的循环稳定性。共存无机盐离子和水基质会对RCP/TiO₂催化剂的催化活性产生抑制作用。O₂ ^·-、·OH、h⁺等活性物种协同作用实现了对MB的高效降解，光催化反应遵循Type-Ⅱ机理。

关键词: TiO₂, 回收混凝土粉末, 光催化剂, 亚甲基蓝

Abstract:

RCP/TiO₂ photocatalyst was prepared by mechanochemical method using recycled concrete powder (RCP) as carrier and TiO₂ as photocatalytic activity center. X-ray diffraction (XRD), N₂ adsorption-desorption, UV-vis diffuse reflectance spectroscopy (UV-vis DRS), photoluminescence spectroscopy (PL), transient photocurrent spectroscopy (TPC) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were used to characterize the crystal phase, specific surface area, porosity and photoelectrochemical properties of RCP/TiO₂ photocatalyst. The photocatalytic activity and stability of RCP/TiO₂ photocatalyst for the degradation of organic dye methylene blue (MB) under ultraviolet light irradiation were evaluated. The effects of coexisting inorganic salt ions and water matrix on the photocatalytic degradation of MB by RCP/TiO₂ were analyzed. The active species in the system and the contribution of active species were studied. The results showed that the introduction of RCP increased the specific surface area of photocatalyst, improved the spectral absorption capacity, increased the charge transfer rate, and realized the efficient separation of photogenerated carriers. After 90 min of UV irradiation, the photocatalytic degradation rate of MB in solution by RCP/TiO₂ catalyst reached 99.91%. After 10 cycles, the photocatalytic degradation rate of MB was still 99.10%, demonstrating excellent cycle stability. The coexistence of inorganic salt ions and water matrix would inhibit the photocatalytic activity of RCP/TiO₂ catalyst. The synergistic effect of active species including O₂ ^·-,·OH, and h⁺ achieved efficient degradation of MB, and the photocatalytic reaction followed the Type-Ⅱ mechanism.

Key words: TiO₂, recycled concrete powder, photocatalyst, methylene blue

中图分类号:

X703
TB34

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https://www.iwt.cn/CN/Y2025/V45/I11/102

图/表 11

表1 回收混凝土粉末的主要化学组成

Table 1 Main chemical composition of recycled concrete powder

组成	SiO₂	CaO	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	K₂O	Na₂O	TiO₂	MnO	SO₃
质量分数/%	47.49	31.04	11.73	2.92	2.06	1.84	1.07	0.56	0.38	0.91

图1 催化剂样品的XRD谱图

Fig.1 XRD patterns of the catalyst samples

图2 催化剂样品的N₂吸附-脱附曲线和孔径分布曲线

Fig.2 N₂ adsorption-desorption curves and pore size distribution curves of catalyst samples

图3 催化剂样品的UV-vis DRS谱和Tauc’s曲线

Fig.3 UV-vis DRS spectra and Tauc’s curves of the catalyst samples

图4 催化剂样品的PL谱图

Fig.4 PL spectra of catalyst samples

图5 催化剂样品的TPC和EIS谱图

Fig.5 TPC and EIS spectra of catalyst samples

图6 催化剂样品的光催化活性和RCP/TiO₂的循环稳定性

Fig.6 Photocatalytic activity of catalyst samples and cycling stability of RCP/TiO₂

图7 无机阴离子和不同水基质对RCP/TiO₂催化活性的影响

Fig.7 Effects of inorganic anions and different water matrices on the catalyst activity of RCP/TiO₂

图8 猝灭剂对RCP/TiO₂光催化性能的影响

Fig.8 Effects of quenchers on photocatalytic performance of RCP/TiO₂

图9 TiO₂（a）和RCP（b）的Mott-Schottky曲线

Fig.9 Mott-Schottky curves of TiO₂（a） and RCP（b）

图10 RCP/TiO₂催化剂光催化降解MB染料的机理

Fig.10 Mechanism of photocatalytic degradation of MB dye by RCP/TiO₂ catalyst

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