掺杂型二氧化钛纳米空心微球的制备表征及其催化性能

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以甲基丙烯酸、苯乙烯为聚合单体,采用乳液聚合方法制备了表面载有负电荷的聚苯乙烯(PSt)纳米乳胶粒。在乙醇与水的混合溶剂中,使用硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷(KH171)对其进行表面改性。以改性后的PSt乳胶粒为模板,加入钛酸四丁酯(TBT)以及氢氧化钠和硝酸银(AgNO3),采用共沉淀法制备了Ag2O掺杂型聚苯乙烯/二氧化钛(PSt/TiO2)核壳微球。对其在180°C进行高温液相预处理、80°C干燥、500°C煅烧等制备了Ag掺杂型Ag-TiO2复合空心微球。通过激光粒径仪、电子显微镜(SEM、TEM)、X-射线衍射(XRD)、能谱(EDS)、比表面测定(BET)等测试方法对PSt/TiO2核壳微球及Ag-TiO2复合空心微球的形貌、晶体结构、元素组成、比表面积等进行了表征。考察了Ag-TiO2复合空心微球在紫外光与可见光下对罗丹明B (RhB)的降解情况。结果表明,与未掺杂Ag的TiO2空心粒子相比,在紫外光下,Ag掺量为0.1%(nAg/nTi)的Ag-TiO2空心复合微球对RhB的降解率提高了11%左右;在可见光下,nAg/nTi为1.0%的Ag-TiO2空心复合微球对RhB的降解率提高了30%左右。按照同样的方法,以KH171改性后的PSt微球为模板,加入TBT以及氯化钠和AgNO3,采用共沉淀法制备了AgCl掺杂型PSt/TiO2核壳微球。对其在180°C进行高温液相预处理、80°C干燥、500°C煅烧等制备了AgCl掺杂型TiO2复合空心微球AgCl-TiO2,并对其进行了SEM、TEM、XRD、EDS、BET等表征。最后考察了AgCl-TiO2复合空心微球在紫外光与可见光下对RhB降解的催化活性。实验结果表明,在紫外光下TiO2及Ag含量为0.1%(nAg/nTi)的AgCl-TiO2复合空心微球活性最高,30min时对RhB的降解率比未掺杂AgCl的TiO2空心微球提高了13%;虽然AgCl-TiO2在可见光下远低于紫外光下的光催化活性,但与纯TiO2空心纳米微球相比其催化活性明显增强。Ag含量为nAg/nTi=2.0%的AgCl-TiO2复合空心微球催化活性最高,120min时对RhB的降解率比不含AgCl的TiO2空心微球提高了38%,对AgCl-TiO2在可见光下的催化机理进行了深入讨论。并同Ag-TiO2复合空心微球的催化活性进行了比较。
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