离子液体与表面活性剂联合调控制备TiO2/蒙脱石介孔复合光催化材料及其性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yifeng9131120
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近年来,药品及个人护理品(PPCPs)作为一种新兴污染物,引起了社会各界的广泛关注。研究发现,传统污水处理工艺对PPCPs的去除效果具有选择性,而光催化等高级氧化技术更加广谱、高效,是PPCPs降解技术中的一个研究热点。TiO2是一种重要的光催化剂,具有较强的光催化活性。但是,TiO2在水中容易发生团聚,导致光催化效率降低且难以分离回收。研究发现,将纳米TiO2固定在蒙脱石等粘土材料上可以解决光催化剂的团聚问题。传统的纳米TiO2/蒙脱石复合材料通过离子交换反应将钛的水合阳离子[TiO(OH)x]mn+引入蒙脱石层间合成得到钛柱撑蒙脱石,层间的TiO2晶体生长受限,粒度过小且结晶度较低,光催化活性较差。因此,本实验提出一种新的方法将纳米TiO2分散固定在蒙脱石的表面上,并利用表面活性物质对纳米TiO2结晶和固定化过程进行调控。首先,以TTIP作为钛源,使用疏水性离子液体[Bmim][PF6]辅助非离子型表面活性剂吐温80合成得到介孔纳米TiO2溶胶,利用离子液体与吐温80组装形成的复合胶束,引导TiO2晶体网络结构的有序生长,提高结晶度。将合成得到的TiO2溶胶用乙醇稀释后加入到蒙脱石水悬浮液中反应得到纳米TiO2/蒙脱石复合材料。过程中,离子液体通过阳离子交换反应进入蒙脱石层间,使得蒙脱石表面由亲水变为疏水;吐温80利用其两亲结构,经自组装过程将TiO2固定在蒙脱石表面。合成得到的复合材料在煅烧前具有一定的结晶度(锐钛矿晶体粒径3.1nm)和有序的介孔结构(平均孔径3.841nm)。煅烧过程中,由于离子液体提高了材料结构的热稳定性,在一定程度上抑制了晶体粒径的过度增加(锐钛矿晶体粒径6.1nm),防止了介孔结构的坍塌(平均孔径4.806nm),控制了TiO2锐钛矿晶型向金红石晶型的转变(转变温度升高至800℃)。将合成得到的纳米TiO2/蒙脱石复合材料用于降解水中的苯扎贝特(一种典型的PPCPs),考察了复合材料的吸附和光催化性能。结果表明,实验合成的钛改性蒙脱石对苯扎贝特有明显的降解效果,最高去除率达到99.5%,较商业用的氧化钛P25高。
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