陳金壘，陳雨桐，陳銘敏，鄭 晞

(廈門華廈學(xué)院環(huán)境與公共健康學(xué)院，福建 廈門 361024)

自從Antonelli等[1]首次報道了溶膠-凝膠法合成了介孔TiO2材料以來，介孔TiO2因具有較大的比表面積，及孔徑可控等優(yōu)勢，受到研究學(xué)者的廣泛關(guān)注[2-3]。表面活性劑模板法是合成介孔TiO2的一種重要手段，通過模板導(dǎo)向作用能提高TiO2的比表面積，改變TiO2的孔徑分布、表面形貌等。其中陽離子表面活性劑CTAB是一種應(yīng)用較廣泛的模板導(dǎo)向劑。

李明慧等[4]利用溶膠-凝膠技術(shù)，用表面活性劑F127和鈦酸異丙酯、硝酸鈰、氧氯化鋯制備前驅(qū)體溶膠，老化后通過煅燒去除表面活性劑形成介孔光催化材料ZrO2-CeO2-TiO2，對橙黃Ⅱ具有較好的光催化性能。李金華等[5]以以鈦酸四丁酯(TBOT)為鈦源、六水硝酸鈰為鈰源、非離子表面活性劑辛基酚聚氧乙烯醚(OP乳化劑)為模板劑采用模板法制備了銳鈦礦相TiO2多孔材料。所制得的Ce摻雜的TiO2多孔材料在光催化降解60 min后，對亞甲基藍(lán)的降解率達(dá)到了90.53%。以上文獻(xiàn)都表明了表面活性劑的加入能提高多元 TiO2的光催化活性，然而CTAB對于TiO2光催化活性的影響報道較少。本文通過以CTAB為模板劑，采用溶膠-凝膠法合成TiO2介孔材料，考察不同 CTAB濃度、煅燒溫度、光照時間，對光催化劑降解亞甲基藍(lán)效率的影響，以驗(yàn)證CTAB的加入對提高TiO2光催化活性的可行性。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試劑及儀器

試劑：已制備的TiO2光催化劑、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、亞甲基藍(lán)、去離子水。

儀器：20 W紫外殺菌燈(主波長為253.7 nm)，啟東市海聯(lián)有限公司；721E型可見分光光度計(jì)。

1.2 光催化降解亞甲基藍(lán)實(shí)驗(yàn)及分析

本實(shí)驗(yàn)采取紫外燈光照，并通過可見分光光度計(jì)來測定不同光催化劑對亞甲基藍(lán)溶液的脫色率。所用光源為20 W紫外殺菌燈(啟東市海聯(lián)有限公司，主波長為253.7 nm)。在100 mL石英燒杯中加入50 mL，初始濃度為10 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液和300 mg/L的介孔TiO2光催化劑，然后將該燒杯置于紫外燈下固定位置，燒杯內(nèi)液面距紫外燈高14 cm，光照強(qiáng)度為1300 μW·cm-2(UV-B型紫外輻照計(jì)測定)。用721E型可見分光光度計(jì)在亞甲基藍(lán)最大吸收波長662 nm處測定亞甲基藍(lán)初始吸光度，記做A0。實(shí)驗(yàn)中先將溶液避光磁力攪拌60 min，待吸附平衡后取樣5 mL，采用微濾膜(孔徑為0.25 m)過濾后測定亞甲基藍(lán)吸光度，記做A1。隨后開啟光源，將反應(yīng)溶液置于紫外燈正下方固定位置，光照30 min后取樣，經(jīng)微濾膜過濾后再次測定其吸光度，記做A2。按照吸光度曲線，根據(jù)朗伯-比爾定律計(jì)算光催化劑吸附和光催化降解亞甲基藍(lán)溶液的脫色率，計(jì)算過程如下：

w(吸附)=(A0-A1)/A0×100%=(C0-C1)/C0×100%

w(光催化)=(A1-A2)/A0×100%=(C1-C2)/C0×100%

式中：C0、C1、C2分別表示亞甲基藍(lán)溶液初始、吸附平衡后光照前和光照后的濃度；A0、A1、A2分別表示亞甲基藍(lán)溶液初始、吸附平衡后光照前和光照后的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 CTAB加入量對TiO2活性的影響

從圖1可看出，隨著CTAB的加入，所制樣品的吸附性能都有所提高。CTAB濃度為0.14 mol/L時所制備的樣品，與未加CTAB的樣品相比，吸附率增加百分了4.3%，達(dá)到了7.2%，這歸因樣品的比表面積和孔容的增大。隨著CTAB濃度的增加，光催化劑的吸附性能有所下降，這歸因于光催化劑的比表面積的下降，導(dǎo)致光催化劑表面的吸附場所減少。同時，從圖1還能看出CTAB的加入，提高了TiO2的光催化效率，最大光催化率達(dá)到了47.1%。這歸因于催化劑比表面積的增大、結(jié)晶的完善和晶格膨脹，一方面增加了催化劑活性位點(diǎn)和光的吸收率，另一方面抑制了光生載流子的復(fù)合。然而，從XRD可看出，CTAB的加入，造成了TiO2的粒徑增大，這不利于光生載流子的分離。

圖1 不同CTAB濃度對TiO2活性的影響Fig.1 Effect of concentration of CTAB on the photocatalytic activity and adsorption of TiO2

2.2 煅燒溫度對介孔TiO2活性的影響

從圖2可看出，500 ℃制備的樣品的光催化活性和吸附性能都最佳，分別達(dá)到了47.1%和7.2%。煅燒溫度較低時未能完全去除表面活性劑，覆蓋了樣品表面的活性位點(diǎn)，致使吸附性能和光催化活性都較低。而過高的煅燒溫度，容易造成了顆粒燒結(jié)凝聚，使催化劑比表面積下降，從而影響了光催化劑的活性。

圖2 不同煅燒溫度對TiO2(0.14 mol/L)光催化活性和吸附性能的影響Fig.2 Photocatalytic activities of TiO2 (0.14 mol/L) samples with different calcinations temperature

2.3 光照時間對介孔TiO2活性的影響

從圖3可看出，所有樣品的光催化率都隨著光照時間的延長而增加，在光照60 min后，仍保持著較高的活性，沒有出現(xiàn)失活的現(xiàn)象。CTAB濃度為0.14 mol/L時所制備的樣品，在光照60 min后，對亞甲基藍(lán)的光催化率達(dá)到了92.9%，較TiO2有了大幅的提高。

圖3 不同CTAB濃度的樣品在不同光照時間下對亞甲基藍(lán)的光催化降解率Fig.3 Effect of the irradiation time on the decoloration rate of methylene blue

3 結(jié) 論

CTAB濃度、煅燒溫度及光照時間對光催化活性有較大的影響，CTAB濃度為0.14 mol/L時，經(jīng)500 ℃熱處理后，介孔催化劑具有最佳的光催化活性，光照60 min對亞甲藍(lán)的光催化率達(dá)到92.9%。光催化活性提高的原因可能是CTAB的加入使光催化劑具有較高的比表面積、較好的結(jié)晶性和晶格膨脹的產(chǎn)生。