铈掺杂纳米二氧化钛可见光光催化降解苯酚性能

铈掺杂纳米二氧化钛可见光光催化降解苯酚性能
吴利请;金依敏;陈丰
【摘要】The process of photocatalytic degradation of phenol with Ce-doped nano-titanium dioxide as photocatalyst was investigated.The effects of Ce doping,calcination temperature,calcination time,PH value and catalyst dosage on the photocatalytic performance of phenol solution Photocatalytic degradation process,at the same time,summarizes the best conditions for the photocatalytic degradation of phenol by TiO2doped with cerium in the hope of giving relevant researchers some help and guidance.%研究了Ce掺杂纳米二氧化钛作为光催化剂,在可见光条件下光催化降解苯酚的过程,并分别测试了Ce掺杂量、锻烧温度、焙烧时间、pH值以及催化剂用量等因素对苯酚溶液光催化降解过程的影响,同时总结了铈掺杂纳米二氧化钛可见光光催化降解苯酚性能的最佳条件,以希冀给予相关研究人员一些可行性的帮助和指导.
【期刊名称】《化工设计通讯》
【年(卷),期】2018(044)002
【总页数】1页(P64)
【关键词】纳米二氧化钛;三硝酸化铈;可见光催化;掺杂;苯酚性能
【作者】吴利请;金依敏;陈丰
【作者单位】苏州科技大学化学生物与材料工程学院,江苏苏州 215009;苏州科技大学化学生物与材料工程学院,江苏苏州 215009;苏州科技大学化学生物与材料工程学院,江苏苏州 215009
【正文语种】中文
【中图分类】X703
1 实验简述
1.1 铈掺杂纳米二氧化钛作为光催化剂的原理
经过多年的探索，我们发现，纳米二氧化钛的禁带较宽，同时再加上太阳光谱中的紫外光仅有5%，因此便导致纯纳米二氧化钛太阳能的利用率并不高，即催化降解效果不佳。

基于此，如何改善纳米二氧化钛获得可见光催化活性便逐渐成为了相关研究人员所共同关注的一个课题。

而通过对稀土元素的掺杂改性研究发现，利用铈这种稀土元素可以大幅拓宽纳米二氧化钛的光谱相应范围，并将吸收带红移至可见光区，从而便可使二氧化钛拥有更佳的催化降解效果。

1.2 苯酚简述
苯酚又称石炭酸、羟基苯，是一种非常常见的酚类有机物，其在常温中往往呈无色晶体状态，且有很大的毒性。

一般来说，苯酚广泛存在于钢铁、石油化工、塑料、合成纤维及城市煤气等行业的废水中，而当其进入水体后，会与其他化合物反应产生氯酚、三卤甲烷等有毒产物，不仅会破坏周边环境，还会在一定程度上危害人们的生命健康。

由此可见，快速降解苯酚非常重要。

2 实验部分
2.1 主要实验仪器及试剂
紫外可见分光光度计，型号为UV-2450，日本的TOC-V分析仪。

此外，在试剂
方面，实验运用了环己烷、聚乙二醇辛基苯基醚、六水和三硝酸化铈、钛酸丁酯、苯酚以及正己醇，且各种试剂均为纯试剂，无任何掺杂物。

2.2 催化剂的制作
实验使用了有稀土铈元素掺杂的纳米二氧化钛催化剂，其催化过程如下：首先，将210mL环己烷、50mL聚乙二醇辛基苯基醚与39mL正己醇均匀混合，并缓缓倒入三硝酸化铈溶液中，搅拌均匀放置；其次，在搅拌30min后均匀、透明的三硝酸化铈微乳液中滴入定量钛酸丁酯，确保其pH值保持在8左右，温度为60℃左右；最后，利用离心分离装置将无水乙醇洗涤多次，并放入103℃下干燥，最终研磨200余目筛便可得出催化剂样品。

2.3 实验过程
图1为铈掺杂纳米二氧化钛可见光光催化降解苯酚性能实验的反应装置，由图可示，将配制好的苯酚放置于玻璃杯中，用磁力搅拌器均匀搅拌即可。

在此过程中，应每隔30min取样，并用TOC分析仪测试苯酚溶液的TOC，同时借助UV-2450紫外可见分光光度计绘制出苯酚溶液的光吸收降解曲线，反复实验便可确定可见光照射下苯酚去除率的最佳条件。

图1 实验反应装置
3 实验讨论
3.1 Ce掺杂量
经过实验发现，催化剂的效果会随着Ce掺杂量的增加而提高，但这只限于Ce掺杂量在0.01%到1.00%，而当其掺杂量达到1.00%时，光催化苯酚的性能会达到最佳，这是由于Ce掺杂后会导致二氧化钛的晶格发生膨胀，而膨胀的产生便会使晶体拥有更多的捕获电子途径，因此便会增加催化剂的催化活性。

3.2 催化剂煅烧温度
催化剂煅烧温度对于催化剂活性的影响主要体现在600℃和700℃两个节点，当
煅烧温度低于600℃时，催化效果会随温度升高而提高，反之当煅烧温度高于700℃时，催化效果会随温度升高而降低。

3.3 焙烧时间
同煅烧温度相似，焙烧时间的增加会导致催化剂活性增加，但当增加至3h以上时，便会导致催化剂比表面积减少，从而降低催化剂的活性。

4 结束语
综上所述，可以确定，当Ce掺杂量为1.00%，锻烧温度为700℃，焙烧时间为
3h，反应溶液pH值为5，催化剂投加量为1.0g/L时，苯酚降解催化的效果最佳，可以达到35.8%左右。

参考文献
[1]付裕，章启军，吴玉锋.稀土掺杂二氧化钛纳米材料研究进展[J].现代化工，2016，（03）：24-28.。