研究论文

・

TiO

2

光催化剂

・

作者简介

:

章晓彤女士

,

在读硕 士 研 究 生

;

主 要

研究方 向

:

纳 米 材 料 制

备及造纸化学品研究 。

氮铈共掺杂介孔

T iO

2

的制备及

在造纸废水处理中的应用

章晓彤 　周国伟 　白光伟

(

山东轻工业学院化学工程学院

,

山东济南

, 250353)

摘 　要

:

以钛酸四正丁酯为 前躯体

,

用聚氧乙 烯脂肪 醇醚

( B rij 98 )

和十六 烷基三 甲基溴 化铵

(CTAB )

作为复合模板剂

,

硝酸铈和尿素为掺杂离子给予体

,

通过改进的溶胶

2凝胶法成功地制备了

氮铈共掺杂介孔

TiO

2

光催化剂 。用

X

射线衍射

( XRD )

、透射电子显微镜

( TEM )

、傅里叶变换红

外光谱

( FT

2

IR )

等分析手段对所得产物的结构和光学性能进行了表征 。结果表明

,

所制备材料为锐

钛矿晶型

,

具有

7

～

10 nm

的均一孔径

,

掺杂能够阻止

TiO

2

的相转变

,

提高

TiO

2

介孔结构的热稳定

性 。当共掺杂催化剂含氮

2%

、铈

2% (

物质的量分数

)

时对造纸废水的光催化降解效果最佳

,

色度

和

COD

Cr

的去除率分别达到

100%

和

72%

。

关键词

:

介孔

TiO

2

;

氮铈共掺杂

;

复合模板剂

; COD

C r

中图分类号

: X793

　　　　文献标识码

: A

　　　　文章编号

: 0254

2

508X ( 2010) 02

2

0028

2

04

　

　　　收稿日期

: 2009

2

08

2

14 (

修改稿

)

　　　基金项目

:

山东省自然科学基金重点项目

(

编号

: Z2006B07 ) ;

济南市留学人员创业计划

(

编号

: 20080309)

。

Prepara tion of N , Ce Co

2doping M esoporous T iO

2

and Its Applica tion in

Papermak ing W a stewa ter Trea tm en t

ZHAN G Xiao

2tong　ZHOU Guo2wei

3

　BA I Guang

2wei

( S chool of Chem ica l Eng ineering, S handong Institu te of L igh t Industry, J i

π

nan, S handong P rovince,

250353)

(

3

E

2

mail: gwzhou@ china. com. cn)

A bstract: O n a composite surfactant temp late (B rij 98 and CTAB ) , nitrogen and cerium co

2

doped m esopo rous TiO

2

pho tocatalysts were syn

2

thesized by a modified sol

2

gel p rocess using tetrabutyl titanate as the ino rganic p recursor, and urea and cerium nitrate as dop ing ion dono rs.

The samp les were characterized by X

2

ray diffraction ( XRD ) , fourier transfo rmed infrared spectroscopy ( FT

2

IR ) and transm ission electron

m icroscopy ( TEM ). The results showed that as

2

p repared m aterials possessed a anatase phase w ith a uniform po re size of 7

～

10 nm , while

the ions dop ing could inhibit the phase transfo rm ation of TiO

2

and enhance the therm al stability of TiO

2

structure. W hen the mol ration of N /

Ti and Ce / Ti are 2% and 2% , respectively, the catalyst is endowed w ith the highest activity, at the sam e tim e, the chroma and COD

C r

re

2

moval rates of the wastewater are up to 100% and 72%

respectively when the waste water is photocatalysts degraded w ith the

mesoporous TiO

2

.

Key words: mesoporous TiO

2

; nitrogen and cerium co

2

dop ing; composite temp late; COD

C r

　　介孔 TiO

2

具有极大的比表面积 、规则有序的孔

道结构 、狭窄的孔径分布 、孔径大小连续可调等特
点 , 有利于反应物的扩散 、吸附 , 且化学稳定性高 、
耐光腐蚀 , 有良好的光催化活性 , 其在水处理 、空气
净化 、太阳能电池 、纳米材料微反应器 、生物材料等

方面表现出广阔的应用前景

[ 1

2

2 ]

。对 TiO

2

改性主要有

金属离子掺杂 、非金属掺杂 、贵金属沉积 、半导体复
合等方法 。与 O

2p

轨道相比 , 非金属离子 ( S、N、C、

I等 ) 具有能量相对较高的轨道 , 用这些原子取代半

导体氧化物中的部分 O 原子 , 则有可能使半导体的

价带位置升高 , 缩小半导体禁带宽度 , 使其吸收边红
移而进入可见光区 。稀土元素因其独特的 4

f

亚层电

子结构 、大的原子磁矩 、强的自旋轨道耦合 、多变的
配位数和晶体结构 , 表现出十分丰富的光 、电 、磁等
性质

[ 3 ]

。Antonelli等

[ 4 ]

首次以烷基磷酸盐阴离子表

面活性剂作为模板 , 采用改进的溶胶

2凝胶法合成纯

・

8

2

・

Ch ina Pu lp & Paper

　

V ol

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29, N o

1

2, 2010