PMo12/PANI/TiO2復合納米粉的制備及催化性能研究

張愛菊，陶鎖軍

(1.平涼醫學高等專科學校；2.甘肅省平涼一中，甘肅 平涼 744000)

近年來， 以TiO2為基礎的異相催化劑， 由于其在光照下能夠在表面產生大量的光致電子和光致空穴， 進而產生氧化性很強的羥基自由基(·OH)和氧負離子自由基(O2·-)， 對各種有機污染物進行降解與礦化而成為首選光催化劑之一[1]。但是， 純TiO2光生電子與空穴的復合幾率高， 催化活性差， 光源利用率低， 從而限制了它的應用。為了提高TiO2的光催化效果， 本實驗通過化學氧化法將聚苯胺(PANI)包覆在TiO2的表面， 然后通過靜電自組裝方法將磷鉬酸(H3PMo12O40簡寫為PMo12)鍵合在TiO2粒子的表面， 設計制備了一種新型的TiO2和POMs復合光催化劑。考察了該催化劑對羅丹明B的催化降解活性。

1 實驗部分

1.1 藥品與儀器

納米TiO2(金紅石相， 浙江弘晨材料科技股份有限公司)， 用前于120℃下真空干燥; 苯胺、磷鉬酸、過硫酸銨、無水乙醇、鹽酸、磷酸二氫鈉、氫氧化鈉均為分析純; 羅丹明B， 實驗用水均為二次蒸餾水。

DF-101B集熱式恒溫磁力攪拌器; 800型離心機; BS124S型電子天平(德國， Sartorius); pH211型酸度計(意大利， HANNA); 1515型高效液相色譜儀(美國Waters公司)， C18柱， 流動相: CH3CN/ H2O = 75/ 25， 柱溫: 25 ℃， 流速: 1.0 mL/min， 進樣量: 90μL， 檢測波長λ= 553 nm。

1.2 催化劑PMo12/PANI/TiO2的制備

1.3 羅丹明B的降解

取一定濃度的羅丹明B溶液80 mL， 加入0.15 g PMo12/PANI/TiO2納米顆粒做催化劑， 在高壓汞燈(主要波長λ=365 nm)照射下， 研究該催化劑對羅丹明B的光催化降解效果。先將加入催化劑的懸濁液在黑暗處電磁攪拌30 min使得表面吸附達到平衡， 然后在高壓汞燈照射下進行試驗， 每隔一定時間吸取3 mL的懸濁液離心分離， 取上層清液并在其中加入2 mL的磷酸鹽緩沖溶液(pH=5.00)， 測定各染料在最大吸收波長處的吸光度A值，計算降解率。

2 結果與分析

2.1 催化劑的表征

2.1.1 催化劑的紅外光譜(FT-IR)分析

圖1 TiO2 (a)， PANI/TiO2 (b) 及PMo12/PANI/TiO2 (c)的FT-IR圖

2.1.2 催化劑PMo12/PANI/TiO2的透射電鏡(TEM)分析

圖2為PANI/TiO2和PMo12/PANI/TiO2的透射電鏡照片。從圖2(a)可以看出PANI/TiO2的顆粒表面比較均勻， 而且分散性較好， PANI在TiO2顆粒表面呈膜狀， 粒徑約為50 nm。圖2 (b)顯示，PMo12/PANI/TiO2復合顆粒為分散性較好的具有核-殼結構的圓球形粒子， 粒徑約為80 nm左右。

圖2 PANI/TiO2(a)和PMo12/PANI/TiO2(b)的透射電鏡照片

2.2 紫外光催化降解染料的研究

本實驗在高壓汞燈的輻射下， 考察了復合光催化劑對羅丹明B、水溶液降解的催化活性。其中20 mg/L的羅丹明B溶液在30 min內完全脫色， 吸光度接近0。并用HPLC法對羅丹明B溶液的降解實驗進行了考察。取不同反應時間的反應混合物溶液離心分離后用等體積的磷酸鹽緩沖溶液(pH=5.00)稀釋后進行測量， 選擇檢測波長為λ=553 nm。從圖3 (a)中可以看出羅丹明B的保留時間為3.078 min， 也可以看出羅丹明B的降解很徹底。圖3(b)中， (A)為羅丹明B的積分面積隨降解時間的變化。(B)為降解的中間產物的積分面積變化， 表現出先升高后降低的趨勢(檢測波長λ=205 nm)， 這表明羅丹明B被降解的同時中間產物也在逐漸被降解。

圖3 (a)羅丹明B降解過程的高效液相色譜圖和(b)羅丹明B與中間產物的色譜峰面積隨降解時間的變化圖(羅丹明B(A)中間產物(B))

用同樣的方法各取TiO2和PANI/TiO2的納米顆粒0.15 g ， 在高壓汞燈的照射下對20 mg/L的羅丹明B溶液進行降解， 結果發現純TiO2在120 min內對羅丹明B基本不降解， PANI/TiO2在120 min內的脫色率達到40.98%， 而PMo12/PANI/TiO2則可在30 min內將羅丹明B完全脫色， 這一結果表明在紫外光照射下PMo12/PANI/TiO2對該染料的光催化降解活性遠遠強于TiO2和PANI/TiO2。

3 結論

本文通過化學氧化法將PANI包覆在金紅石相TiO2表面， 然后通過靜電組裝方法成功制備了PMo12/PANI/TiO2有機-無機復合的光催化劑， 該催化劑在紫外光照射下能夠有效降解羅丹明B的水溶液。

參考文獻：

[1]劉保順，何鑫，趙修建，趙青南.納米TiO2的表面能態及光生電子-空穴對復合過程的研究[J].光譜學與光譜分析，2006，26(2):208-212.

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