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摘要

采用溶胶-凝胶法制备了四种二氧化钛TiO样品₂不同重量百分比的四丙基氢氧化铵溶液(TPAOH)。研究了TPAOH质量分数对TiO性能和效率的影响₂研究了亚甲基蓝(MB)染料的降解性能。采用x射线衍射(XRD)、紫外和可见光谱(UV-Vis)、光致发光(Pl)发射光谱、比表面积(BET)和透射电镜(TEM)对样品进行了表征。进一步研究了TiO的光催化性能₂对亚甲基蓝(MB)染料的降解进行了测定。结果表明，TPAOH的最佳质量分数用于制备TiO₂纳米颗粒的性能和效率最高，为2.88 wt%。

关键字

溶胶-凝胶法,TiO₂，四丙基氢氧化铵，MB染料

简介

在过去的十年里，人口的增长，技术的发展，工业和农业的扩张已经影响了环境和人类的健康。在环境方面，一直在寻找适当的技术，以消除释放在水体中的有害染料排放，这些染料排放会增加对人类健康和海洋介质的危险环境危害[2,3]。已经有许多进展被用于降低这些染料，亚甲基蓝(MB)从水中[4]引起的毒性，精确的这些方法包括吸附，特别是在高平面面积链上的化学物质沉淀，生物膜和离子交换过程，以及通过沉降[5]。这些方法被认为在去除这些化学染料方面是有效的，尽管这些过程被认为是缓慢的，并且需要在光催化过程中加入昂贵的材料来去除这些染料。这些方法也引发了溶胶-凝胶法在TiO合成中的研究₂纳米颗粒。在利用二氧化钛光催化去除亚甲基蓝方面也有相关研究[6,7]。TiO的合成₂溶胶-凝胶法纳米颗粒是包括使用铜在内的众多技术中的建议技术之一₂O作为典型的电化学电池光电极在光催化中得到了广泛的应用，特别是在可见光照射下[8]。水的分裂产生了氢燃料，尽管这种燃料不足以在燃烧过程中使用。这在研究亚甲基蓝(MB)等染料的合适降解技术时引起了许多争论，这些技术被建议从我们的生态系统中去除这些废水。然而，使用TiO的优点₂而其中掺杂的光催化剂引发了该领域的研究[10]。最近的研究关注了TiO的使用₂基光催化剂用于处理水溶液中的染料污物。纳米晶体TiO₂是一种氧化物半导体材料，已在许多实验中进行了研究，以开发一种高效的光催化水处理工艺[11,12]。过程中TiO₂它的特点是反应速率高，处理时间短，这是由于羟基自由基[13]引起的快速氧化过程。对这些用途的研究促进了用于亚甲基蓝[14]降解不同任务的催化剂制备中的几种技术的研究和开发。需要提高催化活性，以提高整个工艺的竞争力，特别是如果将该工艺用于大规模的水处理[15]。TiO的智谋₂使其广泛应用于各种产品的不同领域，如颜料的制造，电化学电极的开发，牙膏和电容器的生产[16]。还有，光催化氧化过程中所用的半导体如TiO₂、cd、Cu₂在亚甲基蓝(MB)[17]的降解过程中，氧化锌一直是人们关注的一个问题。这是由于纺织、科技和农业行业在努力生产全球广泛需要的产品时释放到环境中的有害有机物质引起了人们的关注[18,19]。本文旨在合成二氧化钛(TiO₂溶胶-凝胶法制备纳米颗粒，并对TiO的应用进行了评价₂能直接光催化降解蓝色染料。

实验

光催化剂的制备

本实验中所有化学试剂均为分析级，未进行进一步纯化。二氧化钛TiO₂采用溶胶-凝胶法制备纳米颗粒：将不同重量百分比的四丙基氢氧化铵溶液(TPAOH)(10%)(0.96、1.44、2.88和3.92%)加入5.28 ml蒸馏水、16.8 ml乙醇(96%)和0.05 ml硝酸的混合物中，在室温下恒定搅拌1小时。然后，5毫升丁氧化钛(IV) (TBT)(97%)，在室温下持续搅拌1小时，慢慢加入。产生的白色沉淀物经离心、过滤、洗涤收集，在真空烤箱中60℃干燥24小时，随后粉碎成细粉，在马弗炉中550℃加热5小时。

表征技术

采用Cu K辐射(λ= 1.540 a˚)，在室温下布鲁克轴D8进行x射线衍射(XRD)分析。比表面积由N₂用Nova 2000系列色谱仪在77 K下吸附。在测量之前，所有样品在200°C的真空下处理2小时。样品的带隙采用室温空气中紫外-可见漫反射光谱(UV - Vis- drs)鉴定，波长范围为200-800 nm，紫外/可见/近红外分光光度计(V-570, JASCO，日本)。用JEOL-JEM-1230显微镜记录透射电镜(TEM)，样品在乙醇中悬浮，然后超声30分钟。将少量该溶液置于碳涂层铜网格上并干燥，然后将样品装入透射电镜中。

光催化测试

通过对亚甲基蓝在紫外光照射下的降解进行研究，研究了亚甲基蓝的光催化活性。降解反应在耐热玻璃烧杯中进行。在烧杯中加入0.1 g光催化剂，加入300 ml亚甲基蓝水溶液(50 ppm)，进行光催化活性实验。将该混合物置于光催化反应器内60分钟，然后O₂以恒定的流量在反应器中起泡，以保持混合物的均匀性。当紫外灯打开时，反应开始于辐照过程。实验在室温、pH约7的条件下进行。得到的混合物在辐照后，催化剂通过离心过程从溶液中分离。在恒定实验条件下，用紫外-可见分光光度计监测MB溶液的吸光度，记录在Shimadzu UV-2450 1 cm(径长)石英比色皿上，测定辐照后溶液中亚甲基蓝的含量。亚甲基蓝的光降解效率计算公式如下:

其中C₀亚甲基蓝的原始含量是多少? C是残余亚甲基

溶液中的蓝色。

结果与讨论

催化剂表征

分析阶段:TiO₂采用x射线衍射(XRD)分析了不同质量百分比的四丙基氢氧化铵溶液(TPAOH)制备的纳米颗粒的物相组成。tio2的x射线衍射图₂不同重量百分比的(TPAOH)制备的纳米颗粒如图1所示。结果表明，TiO₂相以纯TiO的形式存在于所有样品中₂阶段。随着四丙基氢氧化铵溶液质量分数的增加，样品的衍射峰逐渐变窄变尖。这一变化表明，粒径随着TPAOH质量百分比的增加而增加。

图1所示。合成TiO的XRD谱图₂制备了不同TPAOH质量百分比的纳米颗粒。

表面积分析:比表面积(SBET)₂以0.96%、1.44%、2.88%、3.92%四丙基氢氧化铵溶液(TPAOH)不同质量百分比制备的纳米颗粒如表1所示。结果表明，tio2的比表面积₂在2.88 wt%下得到的是138米²/ g。随着重量百分比的增加，表面积从80米开始增加²/g在0.96 wt%到140 m²/g为3.92 wt%。当添加3.92 wt%的四丙基氢氧化铵溶液时，无明显变化。因此，TiO₂由2.88 wt%的四丙基氢氧化铵溶液(TPAOH)制备的化合物具有最高的光催化活性，因为它具有最高的比表面积，提供了促进吸附容量的活性位点，从而获得更高的光催化活性。

样品	表面积(m)2/ g)
TPAOH- TiO的0.96 wt%2	80
TPAOH- TiO2	One hundred.
TPAOH- TiO2	138
3.92 wt% TPAOH- TiO2	140

表1。BET TiO的表面积₂制备了不同TPAOH质量百分比的纳米颗粒。

光学特性

紫外-可见辐射吸收的研究是评价制备的纳米颗粒经过不同处理后所产生的变化的重要因素。纯TiO的带嘴₂相通常报道为3.2 eV。tio2的紫外-可见漫反射光谱₂用不同质量百分比的四丙基氢氧化铵溶液制备的纳米颗粒如图2所示。实验结果表明，tio2的吸光度边明显增大₂样本有规律地变化。随着四丙基氢氧化铵溶液(TPAOH)质量分数的增加，样品的吸光度边逐渐向较高的波长移动(禁带间隙向较低的值移动)，在样品的UV-Vis/DR光谱中，在紫外光谱区域内，在小于400 nm的范围内观察到吸收带阈值边。利用紫外-可见反射光谱，计算了TiO的带隙值₂通过线性拟合方法直接外推吸收边与起始对应波长，使用下式:

图2。TiO的紫外-可见吸收光谱₂制备了不同TPAOH质量百分比的纳米颗粒。

E (ev)= 1239.8 /λ(nm)

对制备样品计算的带隙值如表2所示。结果表明，tio2的带隙明显减小₂用0.96 wt%、1.4 wt%、2.88 wt%和3.92 wt%四丙基氢氧化铵(TPAOH)制备的纳米颗粒分别为3.54 eV、3.38 eV、3.20 eV和3.12 eV，禁带宽度随四丙基氢氧化铵(TPAOH) wt%的增加而减小。因此，重量百分比在确定样品带隙方面起着重要的作用_2．

样品	带隙，eV
TPAOH- TiO的0.96 wt%2	3.54
TPAOH- TiO2	3.38
TPAOH- TiO2	3.20
3.92 wt% TPAOH- TiO2	3.12

表2。TiO带隙₂不同质量百分比的TPAOH制备纳米颗粒。

在室温下，在265 nm激发下，测量了样品的Pl发射光谱。利用Pl谱研究了光生电子和空穴的转移，了解了样品中光生载流子的分离和重组。Pl发射光谱如图3所示。结果表明，随着TPAOH质量百分比的增加，Pl强度降低。此外，我们还注意到TiO的发射光谱的位置₂随着TPAOH质量百分比的增加，波长向较长的方向偏移，这与UV-Vis的结果一致。从PL发射光谱估计的带隙与从UV-Vis光谱估计的带隙非常接近，表明带隙能量下降，可用于光催化反应的光生电子和空穴数量增加。

图3。TiO的Pl谱₂制备了不同TPAOH质量百分比的纳米颗粒。

TEM分析

图4为TiO的TEM图像₂以不同质量百分比的TPAOH制备纳米颗粒。结果表明，TiO₂样品呈球形。当四丙基氢氧化铵的质量百分比从0.96%增加到1.44%时，所制纳米颗粒的总粒径增大。重量百分比增加到2.88%后，颗粒尺寸减小。当质量百分比增加到3.92%时，颗粒大小也有所增加。

图4。TiO的TEM图像₂其中，TPAOH的质量百分比分别为0.96 (A)、1.44 (B)、2.88(C)和3.92(D)。

tio2光催化氧化mb染料的研究₂紫外线照射下的纳米颗粒

TiO的光催化活性₂用亚甲基蓝(MB)溶液在紫外光照射下对不同质量百分比四丙酰铵制备的纳米颗粒进行60分钟的测试，如图5所示。结果表明，TPAOH的wt%从0.96增加到3.92%，光催化活性分别从69提高到100%。但是，TPAOH wt%增加到2.88%以上，即。，3.92%，对光催化活性无显著影响。因此，TPAOH的最佳wt%为2.88 wt%，光催化活性为99%。

图5。TiO的光催化降解₂不同质量百分比的TPAOH制备纳米颗粒。

结论

采用溶胶-凝胶法制备了四种二氧化钛TiO样品₂通过不同浓度的四丙基氢氧化铵溶液。在样品的UV-Vis/DR光谱中，在紫外光谱区小于400 nm的范围内观察到吸收带的阈值边缘。TiO的最高波长₂用2.88 wt%的TPAOH制备的光致发光强度为386.85 nm(带隙向低值移动)，光致发光电子-空穴对的重组率较低。因此，TPAOH的质量百分比在测定二氧化钛的性能和效率样品中起着重要作用。对亚甲基蓝(MB)染料的光催化降解实验表明，TiO₂以2.88 wt%的TPAOH为原料制备的光催化活性最高，具有较好的水净化光催化性能，在相关领域具有潜在的应用前景。

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