电气石_TiO_2复合材料的光催化体系研究_冯艳文

［基金项目］天津市高等学校科技发展基金计划项目（20060519）StudyonthephotocatalyticsystemoftourmalineTiO2compositematerialFengYanwen，ZhangQing，ZhuHuajing（TianjinProfessionalCollege，Tianjin300402，China）电气石/TiO2复合材料的光催化体系研究冯艳文，张青，朱华静（天津职业大学，天津300402）［摘要］采用溶胶凝胶技术制备电气石/TiO2复合光催化材料，研究其光催化反应体系中的溶解氧含量、水分子团结构等，并结合光催化降解甲基橙实验对光催化反应机理进行了初探。研究表明，随着电气石/TiO2复合光催化材料质量分数的增加，反应体系中溶解氧含量的增长速度明显加快，但溶解氧含量的饱和值十分接近，均在8.15mg/L附近。同时，电气石/TiO2复合光催化材料的质量分数为0.1%时，静置2h后的水样峰宽由93.5Hz下降到86.2Hz。此外甲基橙的光催化降解实验表明，电气石/TiO2复合光催化材料的光催化活性优于粒径为50nm的纳米TiO2，将甲基橙的光催化降解率提高了41.8%。［关键词］溶胶-凝胶；二氧化钛；电气石；光催化剂［中图分类号］TQ032［文献标识码］A［文章编号］1005-829X（2009）10-0045-04Abstract：Tourmaline/TiO2compositephotocatalyticmaterialhasbeenpreparedmainlybythesol-geltechnique.Thedissolvedoxygencontent，thestructureofwatermoleculeclusters，etc.inthephotocatalyticreactionsystemhavebeeninvestigated.Themechanismofphotocatalyticreactionisstudiedwithofphotocatalyticdegradationmethylorangetest.Theresultsshowthatthespeedofdissolvedoxygencontentinthereactionsystemincreasesfasterobviouslywiththeincreaseofthemassfractionoftourmaline/TiO2compositephotocatalystsmaterial.Butthesaturationvaluesofdissolvedoxygencontentareverysimilar，allaround8.15mg/L.Whenthemassfractionoftourmaline/TiO2compositephotocatalysticmaterialis0.1%，thepeakvalueofwatersampledropsfrom93.5Hzto86.2Hz，bysettingasidefor2h.Inaddition，thephotocatalyticdegradationmethylorangetestshowsthatthephotocatalyticactivityofthetourmaline/TiO2compositephotocatalysticmaterialisbetterthanthatofnanoTiO2whosegrainsizeis50nm.Thephotocatalyticdegradationratioofmethylorangecanraise41.8%.Keywords：sol-gel；titania；tourmaline；photocatalysts电气石（Tourmaline）是一种由Si、Al、Na、Ca、Mg、B和Fe等元素组成的含水、氟等元素的环状硅酸盐矿物。电气石矿物材料具有天然电极性、热电性、压电性、辐射波长4~14μm红外线性能、释放负离子性能，在环保领域具有十分广阔的应用前景〔1-3〕。应用溶胶-凝胶技术在电气石微粒表面包覆TiO2薄膜，制成电气石/TiO2复合光催化材料，利用电气石微粒的天然电场和辐射的红外线来作用于TiO2的光催化反应，能够显著提高TiO2的光催化反应效率〔4-6〕。笔者采用溶胶凝胶技术在电气石微粒表面生长TiO2薄膜制备电气石/TiO2复合光催化材料，通过对光催化反应体系中溶解氧、水分子团等的研究，并结合光催化降解甲基橙实验对电气石/TiO2复合光催化材料的电场协助光催化反应机理进行了初探，为制备多功能复合催化材料初步奠定了实验和理论基础。1实验部分1.1复合光催化材料的制备电气石微粉采用黑色电气石，平均