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(NH_4)_2SO_4修饰的TiO_2光催化活性研究

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第44卷第14期 2016年7月 广州化工 Vo1.44 No.14 Guangzhou Chemical Industry July.2016 (NH4)2SO4修 饰的TiO2光催化活性研究 杜峰,王换方 (国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心,天津300308) 摘 要:在TiC1 水溶N ̄P/ju,z.(NH ) SO ,并利用高温水浴加速TiO:粉体的沉淀,制备了热稳定性好的TiO:光催化剂, 其中,水浴温度为90℃,Ti与(NH ) SO 摩尔比为1:2时,制备的TiO 光催化剂其锐钛矿晶型的热稳定性有很大的提高。 XRD、XPS和Raman结果均显示,当焙烧温度为700 oC时,TiO:的锐钛矿晶型才开始向金红石晶型转变。 关键词:(NH4)2SO4;TiO2;光催化 中图分类号:TQO16.1 文献标志码:B 文章编号:1001—9677(2016)014—0111-03 Catalytic Activity of TiO2 Photocatalyst modiifed with(NH4)2 SO4 DU Feng,WANG Huan_协ng (Patent Examination Cooperation Tianjin Center of the Patent Office,SIPO,Tianjin 300308,China) Abstract:(NH4)2 SO4 was added to TiC14 water solution,and the deposition of TiO2 powder was sped—up by high temperature water bath.Photocatalysts with better heat stability were prepared.Under the conditions of water bath temperature at 90 oC,the mol-ratio of Ti to(NH4)2SO4 at 1:2 and calcine temperature at 400 qC,the heat stability of TiO2 anatase crystal was improved greatly after being modiifed with(NH4)2SO4.The results of XPS,XRD and Raman showed that when the calcination temperature was up to 700 oC,the crystal just began transitting to rutile. Key words:(NH4)2 SO4;TiO2;photocatalysts TiO,由于具有良好的化学稳定性、抗磨损性、低成本以及 Omnisorpl00CX型物理吸附仪,美国Couher公司;D/Max HI B 可直接利用太阳光等优点,因而在光电转化、光化学合成以及 全自动x射线衍射仪,Rigaku公司;HR800型共聚焦拉曼光谱 光催化氧化环境污染物等方面具有广阔的应用前景。Fujishima 仪LabRaman。 和Honda首先报道了用二氧化钛作为催化剂分解水制备氢…。 1.2催化剂的制备 当时正值能源危机,利用太阳能制氢气来缓解能源危机有重大 在600 mL的烧杯中加入90 mL去离子水,并将其放入冰 的实用意义,因此,二氧化钛引起了学术界的广泛关注。经过 三十多年的发展,二氧化钛已经成为最常用的光催化剂。、但 水浴中,待体系稳定后再缓慢地滴加10 mL的TiC1 ,搅拌,溶 液澄清(浓度为0.9 mol/L)。另取一烧杯加入90 mL去离子 是,单纯的二氧化钛光催化剂往往光利用率不高,且活性也较 水,溶解24 g(0.18 mo1)的(NH ):SO 晶体,形成澄清透明 低。 采用(NH ):SO 修饰的TiC1 水解法制备了TiO:光催化 的溶液,将该溶液缓慢的滴加到冰水浴中的TiC1 溶液中。混 合后的溶液转移到90℃的水浴中,逐滴滴加1:1的氨水 剂,利用高温水浴加速TiO:粉体的沉淀,并在TiC1 水溶液中 加入(NH ):s0 ,制备了热稳定性高的TiO 光催化剂。其中, (1 d/s),直到溶液pH=7停止,在该温度下陈化1 h,自然冷 至室温,经抽滤、洗涤(先用去离子水洗至无cr,再用酒精 在当.ri与(NH ) s0 摩尔比是1:2,水浴温度控制在90℃条 洗涤两次),110 oC下烘12 h后得到TiO:粉体,在400 oC, 件下制备的光催化剂的锐钛矿晶型的热稳定性接近700 oC,且 500 qC,600 oC,700℃,800 oC下用马福炉焙烧2 h,升温速 此时制备的催化剂活性最好。 度3 ̄C/min,用玛瑙研钵磨细,即得TiO:光催化剂。并分别命 1 实验 名为TS(1:2)40o,TS(1:2)500,TS(1:2)600,TS(1:2) 700,TS(1:2)800。其中,T代表TiO ,S代表用硫酸铵改进, 1.1试剂和仪器 (1:X)代表钛与硫酸根的摩尔比,400代表焙烧温度为400℃。 四氯化钛(AR),中国欣林化工实业有限公司;氨水 1.3催化剂活性评价 (AR),杭州长征化工厂;硫酸铵(AR),杭州长征化工厂。 催化剂活性评价实验以苯酚为目标降解分子,催化剂采用 DHG一9140A型电热恒温鼓风干燥箱,上海精密实验设备 加入搅拌的方法与目标分子接触。反应效率以残余苯酚的浓度 有限公司;s×2型马福炉,上海浦东跃欣科学仪器厂; 来衡量,使用国标法对反应器内的苯酚水溶液浓度进行取样测 作者简介:杜峰(1982一),男,助理研究员,主要从事专利审查。 王换方:等同第一作者。 112 广州化工 2016年7月 定,取样间隔时间为30 min,以4500 r/min速度离心分离 10 min,用722分光光度计测510 nm波长处的吸光度A,对应 2.3 Raman光谱的测定 图3是不同温度焙烧的TS(1:2)催化剂的Raman光谱图, 从催化剂的Raman光谱可以看出,焙烧温度低于700℃时, Raman光谱上均出现4个峰,分别位于161、398、518和 637 cm~,而800 oC焙烧样品的位移峰却发生突变,分别出现 在250、446和610 cm~。据报道 ,Raman位移在161、398、 518和637 cm 时,是锐钛矿的特征峰,而250、446和 610 em 位移峰则是金红石的特征峰。因此,可看出TiO 催化 剂焙烧升至700℃时,绝大部分的TiO:仍然以锐钛矿晶型的形 标准曲线可查出苯酚的剩余浓度C,根据公式C/C。计算出反应 后溶液中苯酚的残留量。 2结果与讨论 2.1 XPS图谱测定 图1为不同温度焙烧的催化剂的XPS图谱,从图1中可以 看出,使用(NH ) sO 制备的TiO 在400℃下焙烧后,TiO: 式存在;800℃时,金红石晶型占主要部分。TiO 催化剂在 中硫的百分含量仍有2.16%,而在700 oC下焙烧后,TiO2中硫 700℃时开始发生晶型转变,这与XRD检测结果是一致的。 的百分含量仅剩0.33%,与不使用(NH ) s0 制备的TiO2的 硫百分含量接近(见图1中的T400样品)。可见,TiO:前驱体 吸附的少量sO 一,s0j一到700℃焙烧才从TiO 中脱离出来。 图1 TS(1:2)400和TS(1:2)700的XPS图谱 Fig.1 XPS spectroscopy of TS(1:2)400 and TS(1:2)700 2.2 XRD物相测定 图2是TS(1:2)光催化剂在不同温度焙烧下的XRD谱图, 从图2可以看出,硫酸铵的加入能有效地抑制TiO 锐钛矿晶型 向金红石的转变,当焙烧温度为400 oC时,XRD谱峰比较弥 散,可见TiO,光催化剂的晶型没有完全形成;焙烧温度为 500℃和600℃时,TiO,光催化剂是纯锐钛矿晶型;焙烧温度 为700℃时,TiO 光催化剂上开始有少量的金红石晶型出现; 焙烧温度为800℃时,TiO,光催化剂锐钛矿晶型转变成金红石 晶型。使用(NH ):SO 制备的催化剂在700℃焙烧后,绝大部 分还以锐钛矿晶型存在,导致这种现象的主要原因是TiO:沉淀 时吸附的sO 提高了锐钛矿晶型的相变温度,提高到约700℃, (NH ) SO 的加入抑制了TiO:光催化剂的晶型转变温度,这 一结果与XPS的表征结果完全一致。 图2不同温度焙烧的催化剂的XRD图谱 Fig.2 XRD pattern of catalyst calcined at different temperature 另外,在780~800 cm 范围内没有发现S—O键的特征 峰 J,这说明我们制备的TiO:催化剂中,s0 一含量很少,在 Raman光谱中检测不到。 枣、lu0£ (1 0 BP∞ 【l 图3催化剂的Raman图谱 Fig.3 Raman spectroscopy of catalysts 2.4焙烧温度对活性的影响 图4 rrs(1:2)催化剂在不同焙烧温度下的活性评价图谱 Fig.4 Reactivity pattern of the TS(1:2)catalysts calcined at different temperature 图4是TS(1:2)催化剂分别在400、500、600、700和800℃ 焙烧后对苯酚的活性图谱。从图5可以看出,焙烧温度对光催 化剂的活性有很大的影响,700℃以前,催化剂的活性随焙烧 温度的升高而增强,其中,700 oC焙烧的光催化剂的活性最好。 当温度升至800℃时,催化剂的活性降低。造成这种现象的原 因是:400℃时,从XRD结果可以看出Ts(1:2)的锐钛矿晶 型未完全形成。因此,400 oC时,催化剂的活性较弱;500和 600℃时,催化剂的锐钛矿晶型逐步形成,活性也不断地增强; (下转第155页) 第44卷第14期 刘礼涛,等:以铁氰化钾为探针试剂光度法测定卡比马唑 155 4结论 [5] Salah M S.Colorimetric methods for the assay of carbimazole in drug formulations using dichromate and molybdate『J].J Pharm Biomed 本文以卡比吗唑可以还原Fe(III)为基础,建立了以 Anal,1992,10(1O一12):1059—1062. [6] [7] Elbardiey M G,Elsaharty Y S,Tawakkol M S.Bromometric K,[Fe(CN) 卜Fe(III)体系可见分光光度法测定药片中卡比吗 唑含量的新方法。研究表明:控制溶液pH值小于4.0, Fe(III)可被卡比吗唑还原生成Fe(II),还原生成的Fe(II)与 K3[Fe(CN) ]反应生成可溶性的普鲁士蓝KFe“ [Fe“(CN) ], determination of carbimazole[J].Talanta,1993,40(4):577—583. Skellem G G.Aspects of the analysis of drugs and drug metabolites by high—performance liquid chromatography[J].Analyst,1981,106: 1071. 根据吸光度间接测定卡比吗唑的含量。该方法以 [Fe(CN) ] 作为显色剂不仅经济易得,而且本法具有简单、选择性好等特 点,适用于测定药片卡比吗唑的含量。 参考文献 Goodman A,Goodman L S,Rall T W,et a1.Panamericana(7th Ed) [8] Anastsiaos E,Paraskevas D T,Maria N,et a1.Determination of methimazole and carbimasole by flow-injection with chemiluminescence detection based on the inhibition of the Cu(II)一catalysed luminol— hydrogen peroxide reaction[J].Anal Chim Acta,2004,505:129—133. [9] S6nchez—Pedrefio C,Albero M I,Garcia M S,et a1.Flow-injection speetrophotometric determination of carbimazole and methimazole[J]. Anal Chim Acta,1995,308:457—461. [M].Madrid:The Madrid Press,1989:1330. [2] James E F,Anne B M.The extra pharmacopeia(28th Ed)[M]. London:The Pharmaceutical Press,1982:686. [1O] 中华人民共和国药典(二部)[M].北京:化学工业出版社,2005: 102. ake J B,Willimsa W D,Skellern G G.Development and [3] Stenlcomparison of thin—-layer chromatographic and gas—-liquid chromatographic methods for measurement of methimazole in rat urine 北京师范大学,华中师范大学,南京师范大学,等.无机化学.3版 [M].北京:高等教育出版社,2002:883.887. [12] 潘教麦,陈亚森,严恒太.显色剂在冶金分析中的应用[M].上海: 上海科技出版社,1981:53. [13] 胡宏纹.有机化学.2版[M].北京:高等教育出版社,1990:581. [J].J.Chromator,g1970,53:285—288. chant B,Alexander W D,Lazarus J H.The Accumulation of 35S- [4] MorAntithymid Drugs by the Thyroid Gland[J].J.Clin.Endocrinol, 1972.34:847—851. (上接第112页) 当焙烧温度为700℃时,TiO 沉淀中吸附的s0 一开始分解, 参考文献 Fujishima A,Honda K.Electochemircal photolysis of water at a s0j一分解会增大TiO 表面0 的数量,0 一可以防止电子一空穴 的复合,从而提高了光的利用率,增强光催化剂的活性;而焙 烧温度为800℃时,TiO:的晶型迅速地转变成金红石晶型(达 70%以上),金红石型TiO:表面的活性中心相对于锐钛矿型要 少得多。因此,800 oC时光催化剂的活性较低。 [2] semiconductor electode[J].Natrure,1972,238:37—38. Colon G,Hidalgo M C,Navio J A.Photocatlytaic behaviour of sulphated TiO2 for phenol degradation[J].Applied Catlaysis B: Envionmentrl,2003,45:39-50.a emany L J,Banares M A,Pardo E,etc.Morphological and [3] Al3 结论 Stuctrurla Characterization of a Titanium Dioxide System[J].Mater. Characterization,2000,44:271-275. (1)(NH )2s0 的修饰大大提高了TiO:锐钛矿晶型的热 稳定性,焙烧温度达700℃时,催化剂的晶型才开始从锐钛矿 向金红石转变; (2)滑眭评价结果显示,当Ti与(NH4):S04摩尔比是1:2, 水浴温度控制在90℃,焙烧温度为700 oC时所制备的催化剂 活性最好。 r4] Jung S M,Grngea P.Characterization nd areactivity of pure TiO2一sOj— SCR catalyst:influence of s0 —content[J].Catalysis Today,2000, 59:305—312. 

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