Mn摻雜TiO2光催化降解亞甲基藍工藝條件的研究

張淑娜 楊彬

【摘要】本文通過溶膠-凝膠法制備了TiO2光催化劑，并在此基礎上制備了氯化錳摻雜的TiO2光催化劑。通過對亞甲基藍的光催化降解實驗表征了該催化劑在可見光下對染料污染物的降解能力。

【關鍵詞】納米二氧化鈦 摻雜 溶膠-凝膠法

自從1972年Fujishina和Honda發現在光照條件下TiO2能夠分解H2O以來，TiO2的光催化性能日益受到學者們的重視[1-3]。但TiO2光譜響應范圍窄限制了它在污染物降解中對太陽能的利用，因此，負載TiO2成為了研究熱點。本文采用溶膠-凝膠法來制備TiO2，并在此基礎上制備了摻雜了氯化錳的TiO2光催化劑。通過亞甲基藍的光催化降解實驗對催化劑的可見光催化性能進行了探究。

1 實驗

1.1 光催化劑的制備

1.1.1納米TiO2光催化劑的制備

將一定量的無水乙醇溶于盛有稱取好的鈦酸丁酯（C16H36O4Ti）燒杯中，制得A液；向A液中先后滴入鹽酸和乙酸，將A液置于集熱式恒溫磁力攪拌器上在室溫下持續攪拌。將無水乙醇和蒸餾水的混合液（B液）緩慢滴入A液中，待B液滴完后再繼續攪拌2 h即可得到TiO2溶膠，陳化24 h，得到凝膠。將干凝膠研磨后于450 ℃下焙燒4 h即可得到TiO2光催化劑粒子。

1.1.2 氯化錳摻雜納米TiO2的制備

氯化錳摻雜納米TiO2的制備方法與納米TiO2光催化劑的制備方法相同，只是將B液換成氯化錳、蒸餾水和無水乙醇的混合液。

2 結果與討論

2.1催化劑的表征

圖1 B為純的TiO2、C為MnCl2/TiO2樣品的紫外可見漫反射光譜圖

圖1為純的TiO2（B）和摻雜MnCl2/ TiO2樣品（C）的紫外可見漫反射光譜圖。由圖可以看出，摻雜氯化錳的TiO2樣品在紫外光區有較低的反射，其反射率小于純的TiO2，說明氯化錳摻雜能提高TiO2對紫外光的吸收，但是并不能改變TiO2的光響應范圍。

圖2 不同樣品用量對亞甲基藍降解240 min后的降解曲線 （B）8 mg；（C）40 mg；（D）200 mg；（E）500 mg

由圖2可知，隨著MnCl2/TiO2樣品用量的增加，亞甲基藍溶液的降解率逐漸增大，在催化劑用量為0.2 g時降解率最高，在240 min時亞甲基藍光催化降解效率可以達78%以上；繼續增加催化劑的量時，亞甲基藍光催化降解率開始下降，所以催化劑的最佳投入用量為1 g/L。其原因有可能是：當MnCl2/TiO2的投入量較少時，光源產生的光子不能被完全轉化為化學能，使得光子能量不能得到充分的利用。適當增加催化劑的用量，可以產生更多的活性物種，增大反應的固液接觸面，進而提高催化反應速率。但當催化劑的加入量過大時，較高濃度的MnCl2/TiO2懸浮顆粒會對入射光屏蔽和散射入射光，影響溶液的透光率而損失光能。

3 結 論

采用溶膠-凝膠法制備的摻雜氯化錳的TiO2光催化劑。通過紫外可見圖譜說明摻雜氯化錳不能擴展TiO2的光響應范圍；在亞甲基藍溶液初始濃度為10 mg/L，催化劑用量為8 mg時，可見光照射4 h降解率達到84.66%。

【參考文獻】

[1] Fujishima A，Honda K.Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode[J].Nature，1972，238 （5358）：37 -38.

[2] Asahi R， Morikawa T， Ohwaki T， Aoki K， Taga Y.Visible-light photocatalysis in nitrogen-doped titanium oxides[J].Science，2001，293-296.

[3] Ryuhei Nakamura，Tomoaki Tanaka，Yoshihiro Nakato.

Mechanism for visible light responses in anodic photocurernts at N-Doped TiO2 film electrodes [J].J.Phys.Chem.B.2004，108（30）：10617-10620.