NiO/花瓣狀TiO2的制備及吸附性能分析

李輝容，羅婭君，楊葵華

（綿陽師范學院化學與化學工程學院，四川綿陽621000）

NiO/花瓣狀TiO2的制備及吸附性能分析

李輝容，羅婭君，楊葵華

（綿陽師范學院化學與化學工程學院，四川綿陽621000）

以硝酸鎳為鎳源，采用水熱法和浸漬-煅燒法合成NiO負載花瓣狀TiO2。利用掃描電鏡、X射線衍射和X光電子能譜儀等對樣品進行表征，詳細探討NiO的負載量對合成的NiO/TiO2吸附羅丹明B效果的影響。結(jié)果表明，當合成NiO/TiO2中氧化鎳占總復合物質(zhì)量的3%時，合成NiO/TiO2對10mg/L羅丹明B的吸附率最高，可達96.4%，而且未負載的TiO2的吸附率也達到68.9%，遠超過工業(yè)中TiO2的吸附率。

花瓣狀二氧化鈦；吸附；羅丹明B

二氧化鈦（TiO2）由于其具有獨特的性能，在催化劑、電極材料、氣敏傳感器、生物材料等研究領(lǐng)域引起研究者的廣泛關(guān)注[1，2]。目前，制備TiO2主要采用溶膠-凝膠、水熱合成、液相沉淀、微乳等方法[3，4]。通過這些方法可以制得空心微球、納米棒、納米管、核-殼和花瓣狀等結(jié)構(gòu)[5，6]。研究表明，改變TiO2的形貌結(jié)構(gòu)或?qū)ζ溥M行表面修飾，能提高TiO2對污染物的吸附性能。如李強等[7]制備了殼聚糖/TiO2材料，考察了其對印染廢水中甲基橙的吸附率，發(fā)現(xiàn)負載殼聚糖后復合材料的吸附效率大大提高。劉立敏等[8]用粘土/TiO2/AC復合陶瓷球吸附染料后，發(fā)現(xiàn)吸附性能增強。王寧等[9]用PANⅠ/TiO2吸附偶氮染料，得到良好的吸附效果，吸附效率達到98.8%。然而，目前討論TiO2形貌結(jié)構(gòu)和對其表面修飾兩者協(xié)同作用對有機染料吸附性能的研究卻較少報道。

本文現(xiàn)由鈦酸丁酯為原料進行水熱反應制備出花瓣狀TiO2，然后通過浸漬-煅燒方法制備NiO修飾的花瓣狀TiO2復合材料（NiO/TiO2），并對樣品進行表征，以羅丹明B染料為目標污染物，研究NiO/TiO2復合材料的吸附性能。

1 試驗部分

1.1 儀器和試劑

主要試劑有乙醇、丙三醇、鈦酸丁酯、十二水硝酸鎳、羅丹明B等，購于成都市科龍化工試劑廠，均為分析純。試驗用水均為二次蒸餾水。主要儀器有磁力攪拌器（84-1A，上海司樂儀器有限公司）、水熱合成反應釜（上海耀特儀器設(shè)備有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 NiO/TiO2復合物的制備

分別量取15mL丙三醇和45mL乙醇置于100mL燒杯中，將混合液攪拌10min使其混勻后，加入3mL鈦酸丁酯再繼續(xù)攪拌，然后轉(zhuǎn)入以聚四氟乙烯做內(nèi)襯的100mL高壓反應釜中，180℃下反應24h，自然冷卻至室溫，將反應后的產(chǎn)物減壓過濾，依次用二次蒸餾水和無水乙醇洗至pH=7，在80℃下干燥12h得到花瓣狀TiO2樣品。

稱取TiO240mg置于10mL無水乙醇溶液中，使其充分混合后分別加入不同質(zhì)量的六水硝酸鎳，再將混合溶液超聲30min，待溶液顏色均勻后，在80℃下干燥12h，最后將制備的樣品在馬弗爐中500℃下焙燒2h，升溫速率均為2℃/min。加入鎳的含量（物質(zhì)質(zhì)量分數(shù)）依次控制在2%、3%、4%、5%和8%，將所得的樣品依次記為2%-NiO/TiO2、3%-NiO/TiO2、4%-NiO/TiO2、5%-NiO/TiO2和8%-NiO/TiO2。

1.2.2 NiO/TiO2復合物的表征

采用掃描電子顯微鏡（SEM，EVO 18，德國）觀察TiO2納米顆粒及復合物的表面形貌，利用其附件能譜儀（EDX）對樣品表面所選區(qū)域進行組成成分分析。采用X射線衍射儀（XRD，D/max-1400，日本）對樣品進行晶體結(jié)構(gòu)分析，利用X光電子能譜儀（XPS，Kratos XSAM-800，英國）對樣品進行成分和元素價態(tài)分析，通過新世紀紫外可見分光光度計（UV-Vis，T6，北京）表征樣品的光學吸收特性，采用孔徑及比表面積分析儀（SSA-4300，北京）表征樣品的比表面積和孔結(jié)構(gòu)。

1.2.3 NiO/TiO2復合物的吸附試驗

3587點在下破2638點后已經(jīng)被確認為是5178點下來的大C浪運行了。若此劃分成立，則2449點應該是被劃分為C4浪的開始，也就是這個C4反彈已經(jīng)運行了10多周的時間了。

分別向5mL離心管中加入0.010 0g的TiO2及其復合物和4.00mL濃度為10mg/L的羅丹明B，攪拌至顏色變化明顯時離心，取上層清液用紫外可見分光光度計在554nm波長下測定吸附后溶液的吸光度。根據(jù)吸光度值算出吸附一定時間后溶液中殘留的羅丹明B的濃度，根據(jù)下列公式計算NiO/TiO2對羅丹明B的吸附率E（%）：

式（1）中，C0為吸附前羅丹明B溶液的濃度，mg/L；Ce為吸附后羅丹明B溶液的濃度，mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 SEM和EDX分析

圖1A和B是TiO2和3%-NiO/TiO2樣品的SEM表面形貌結(jié)構(gòu)圖。由圖1A可以看出，純TiO2呈現(xiàn)出納米花結(jié)構(gòu)，單個納米花是由大量不規(guī)則片狀花瓣組成，每個納米花大小并不均勻，而且有些并未長出花瓣而呈現(xiàn)球形顆粒狀。經(jīng)過Ni（NO3）2?6H2O溶液的浸漬-煅燒后（見圖1B），與純花瓣狀TiO2（見圖1A）相比，3%-NiO/TiO2表面形貌并未發(fā)生明顯變化，仍然為大量不規(guī)則片狀花瓣組成的納米花狀結(jié)構(gòu)。在這些掃描電鏡照片中不能明顯觀察到NiO的存在，這可能是由于制備過程中Ni（NO3）2?6H2O濃度低、物質(zhì)量少造成的。

利用EDX對3%-NiO/TiO2樣品表面進行成分分析，如圖1C所示。3%-NiO/TiO2樣品中含有Ti、O、Ni、C和Au元素的特征峰，其中Au來自于樣品測試時噴在復合物表面上的元素，而C元素可能測試儀器污染。EDX結(jié)果表明，3%NiO/TiO2樣品是由NiO和TiO2所組成的復合結(jié)構(gòu)。

圖1 FESEM形貌圖和EDX譜圖

2.2 XRD分析

圖2 XRD衍射圖譜

2.3 吸附性能分析

樣品的吸附效果通過對羅丹明B進行吸附性能測試來評價，如圖3、4所示。由圖3、4可知，相同測試條件下，與P25的吸附率（38.9%）進行比較，TiO2和NiO/TiO2都表現(xiàn)出較高的吸附性能，TiO2和NiO/TiO2樣品對RhB溶液150min后的吸附率分別為68.9%和96.4%。其中NiO/TiO2樣品的吸附效率最高，大約是P25吸附率的3倍，表明TiO2的形狀改變和NiO負載的協(xié)同作用促進了吸附效率的提高。

圖3 樣品對羅丹明B吸附效率的影響

圖4 3%-NiO/TiO2樣品吸附條件下的吸收光譜變化曲線

3 結(jié)論

本文通過找到合成TiO2的最佳條件后，對TiO2進行負載氧化鎳，再將TiO2及負載后的TiO2用于對羅丹明B模擬染料廢水的吸附性能研究。結(jié)果表明，當合成NiO/TiO2中氧化鎳占總復合物質(zhì)量的3%時，合成NiO/TiO2對10mg/L羅丹明B的吸附率最高，可達96.4%，而且未負載的TiO2的吸附率也達到68.9%，遠超過工業(yè)中TiO2的吸附率。

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Preparation and Adsorption Properties of NiO/ Petal Like TiO2

Li Hui-rong,Luo Ya-jun,Yang Kui-hua
(College of Chemistry and Chemical Engineering,Mianyang Teachers' University,Sichuan Mianyang 621000)

NiO loaded petal shaped TiO2was synthesized by hydrothermal method and impregnation calcination method using nickel nitrate as a nickel source.The samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM),X ray diffraction (XRD) and X photoelectron spectroscopy (XPS).The effect of NiO loading on the adsorption of rhodamine B by NiO/TiO2was discussed in detail.The results showed that when the nickel oxide in synthetic NiO/TiO2was 3% of the total mass,the adsorption rate of 10 mg/L rhodamine B by synthetic NiO/TiO2was the highest,up to 96.4%,and the adsorption rate of the unloaded TiO2reached 68.9%,which is far more than the adsorption rate of TiO2in industry.

Petal like titanium dioxide;Adsorption;Rhodamine B

O647.32

A

2096-0387（2017）03-0015-03

四川省教育廳科研項目（15ZB0280）；綿陽師范學院科研啟動項目（QD2016A006）。

李輝容（1976-），女，四川三臺人，博士，副教授，研究方向：納米材料。