基于杉木模板的Zn^(2+)掺杂TiO_(2)的光催化性能研究

作     者：杨天宇 孙爽 夏广达 袁弟亮 宋秀明 刘玉 Yang Tianyu;Sun Shuang;Xia Guangda;Yuan Diliang;Song Xiuming;Liu Yu

作者机构：东北林业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150040 生物质材料科学与技术教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150040 

出 版 物：《北京林业大学学报》 (Journal of Beijing Forestry University)

年 卷 期：2021年第43卷第4期

页      面：141-149页

核心收录：

学科分类：082902[工学-木材科学与技术] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 

基　　金：黑龙江省自然科学基金项目(C2017002) 

主　　题：木材模板 光催化 Zn^(2+)掺杂 TiO_(2) 

摘      要：【目的】针对木材加工行业带来的加工剩余物浪费问题,本研究以杉木为模板,通过浸渍–煅烧的方法,制备具有木材分级多孔结构的Zn^(2+)掺杂TiO_(2)复合光催化剂,利用木材加工剩余物的高值化利用的方式提高光催化材料的性能。【方法】以亚甲基蓝溶液为降解对象,探讨了不同的Zn^(2+)掺杂对木材模板TiO_(2)的光催化活性的影响,并结合XRD、SEM、XPS、BET、TEM和UV-vis等表征分析探讨模板二氧化钛的光催化降解机制。【结果】以杉木为模板的Zn-TiO_(2)具有良好的孔隙结构,其晶型为锐钛矿型和少量的金红石型的混晶结构,平均晶粒尺寸为22.0 nm。掺杂的Zn^(2+)取代了Ti4+的晶格的位置,使TiO_(2)吸收波长在可见光区发生红移。在紫外光照射条件下,杉木模板1.0%Zn-TiO_(2)对亚甲基蓝的降解效率最高,达到了99.31%,相比无模板TiO_(2)提升了27%,同时其禁带宽度相比于无模板TiO_(2)从3.08 eV减小至2.41 eV。在循环降解亚甲基蓝的实验中,5次降解效率均达到90%以上。【结论】采用木材模板法制备的Zn-TiO_(2)光催化降解有机污染物性能优异,具有良好的稳定性。木材独特的孔隙结构有利于光的吸收和传质,较高的比表面积为光催化提供了更多的活性位点。Zn^(2+)与被替代的Ti4+由于半径和价态差异使晶格内产生晶格缺陷,抑制了光生电子–空穴的复合,增加了载流子的运输,从而提高光催化性能。将木材剩余物的加工与多孔无机材料领域相结合,对木材加工剩余物的功能化转变具有潜在的应用前景。