82 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
煅烧温度℃
煅烧时间h
图5.煅烧温度对光催化活性的影响
图6.煅烧时间对光催化活性的影响
当煅烧温度为650℃ 时效果最佳
当煅烧时间为1.5h时效果最佳
7.不同PTSS投加量对光催化活性的影响
100
95
甲基橙脱色率%
90
85
80
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
e;Ti/Si(15/1)
Si—O—Ti的振动吸收峰
d;Ti/Si(12/1)
Si—O—Si的非对称伸缩振动吸收峰
c;Ti/Si(9/1)
b:Ti/Si(6/1)
a:Ti
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
波数/cm-1
图2.650℃下煅烧的纯TiO2和不同钛硅摩尔比（n(TiO2)/n(SiO2）的FTIR光谱
250
200
a
Volume Adsorbed/STP(cc/g)
0.035
200
b
Volume Adsorbed/STP(cc/g)
150 100
0.030
150
d(Vp)/d(Dp)/ (ml/g*nm)
100
d(Vp)/d(Dp)/ (ml/g*nm)
0.025 0.020 0.015 0.010
TiO2/SiO2光催化剂活性的影响因素
钛硅比 钛源 PTSS水解pH值 调pH选用的碱种类 煅烧温度 煅烧时间 絮凝剂投加量
1.钛硅比对光催化剂活性的影响
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 6:1 9:1 12:1 15:1 18:1
2.钛源对光催化剂活性的影响
90 80 70
PTSS投加量（以Ti4+计）：0.7g/L
TiO2/SiO2光催化剂的物性测试分析
X射线衍射(XRD)
红外光谱(FTIR) 扫描电镜(SEM)
N2吸附-脱附(BET) 紫外可见扫描图谱(UV)
1.不同煅烧温度制备光催化剂的XRD分析
光催化剂中起主要作用的是锐钛矿晶型 随着煅烧温度升高，TiO2由无定形
50
50
0 0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0
Relative Pressure( Ps/Po )
0.005 0.000
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Relative Pressure( Ps/Po )
20
40
60
80
100
120
140
0
20
40
60
80
100
120
140
孔径(nm)
孔径(nm)
• 不需要另外的电子受体
• 合适的光催化剂具有廉价、无毒、稳定及可 重复利用的优点 • 可以利用太阳能作为光源激发光催化剂
• 结构简单，操作容易控制，氧化能力强，无 二次污染
光催化技术应用领域
几种常用的光触媒
二氧化钛(TiO2) 氧化锌(ZnO) 氧化锡(SnO2) 二氧化锆(ZrO2) 硫化镉(CdS)等 多种氧化物硫化物半导体
液相水解法制备 TiO2/SiO2光催化剂及其性能研究
主要内容
研究目的与意义 TiO2/SiO2光催化剂的制备工艺流程
TiO2/SiO2光催化剂活性的影响因素
TiO2/SiO2光催化剂的物性测试分析
结论
研究目的与意义
目前，以TiO2半导体为基础的光催化技术存在以下问题： 制备成本较高 活性比较低 难以分离
3.钛硅摩尔比n(TiO2)/n(SiO2) 的SEM分析
(a)TiO2
(b)n(TiO2)/n(SiO2)(12/1)
图3.650℃下煅烧的纯TiO2和n(TiO2)/n(SiO2)(12/1)的SEM照片
均是纳米级球形小颗粒 SiO2能阻止TiO2团聚，使其颗粒变小
4.N2吸附-脱附分析
表1 650℃下煅烧的纳米TiO2/SiO2的比表面积、孔径和孔容表征
研究目的
采用制备工艺简单的液相水解法，利用成本 低廉的无机钛源掺杂硅制备出具有较大比表 面积、较好的热稳定性、对有机污染物有较 好吸附性能和光催化活性的TiO2/SiO2复合光 催化剂。
TiO2/SiO2光催化剂的制备工艺流程
聚硅酸
调节pH
Ti(SO4)2
聚硅硫酸钛
水解
静置
煅烧
干燥
水解产物
纳米TiO2/SiO2
甲基橙降解率/%
甲基橙脱色率%
Ti(SO4)2为钛源
60 50 40 30
TiCl4为钛源
钛硅摩尔比n(TiO2)/n(SiO2)
9:1
钛硅摩尔比（n(TiO2)/n(SiO2)）
12:1
15:1
图1.钛硅摩尔比对光催化剂活性的影响 图2.钛源对光催化活性的影响
当钛硅比为12:1 时效果最佳
当钛源为硫酸钛 时效果最佳
什么是光催化?
• 概括说来，就是光触媒在外界可见光的作 用下发生催化作用。 • 光催化一般是多种相态之间的催化反应。
• 光触媒在光照条件（可以是不同波长的光 照）下所起到催化作用的化学反应，统称 为光反应。
光合作用也可以看作光催化
光催化技术的优点
• 水中所含多种有机污染物可被完全降解为水 和二氧化碳等，变为无害物
a A:锐钛矿TiO2 R:金红石TiO2 A A AR
A：锐钛矿 R：金红石 A A
锐钛矿
A R
金红石
A
A
R
A
AR
A 800℃
b
RR
R
800℃
A
A 700℃
相对强度
相对强度
R A R A R A
A A A A A A 650℃ A600℃ 500℃
RR
R
700℃ 650℃
A A
R R A
A
A
600℃ 500℃
Catalyst
Surface area (m2/g)
Pore volume (cm3/g) Pore size (nm)
TiO2
71.824
0.2782 0.3339
16.01 13.93
TiO2/SiO2(12/1 124.28 )
介孔（中孔）
0.040
0.035 0.030 0.025 0.020 0.015 0.010 0.005 0.000 0
图5 最佳条件下制备的纳米TiO2/SiO2(12/1) (a)和纯TiO2(b)的孔径分布及N2吸附曲线
4. TiO2/SiO2光催化剂的紫外扫描（UV）分析
2.0 1.8
(CH3)2N N N SO3Na
1.6 1.4 1.2
25mg/L甲基橙 暗30min 光照5min 光照10min 光照15min
3.pH值对光催化剂活性的影响
100 90 80 70
4.PTSS水解调pH值时选用碱的 种类对光催化剂活性的影响
100
80
甲基橙脱色率%
甲基橙脱色率%
3 4 5
60 50 40 30 20 10 0
60
40
20
pH值
6
7
8
0
氨水
氢氧化钠
乙酸钠
尿素
硫脲
图3. PTSS水解pH值对光催化剂活性的影响
图4. PTSS水解调pH值时选用碱 的种类对光催化剂活性的影响
当pH值为6时效果最佳
当氨水调pH时效果最佳
5.煅烧温度对光催化剂活性的影响
100
6.煅烧时间对光催化剂活性的影响
100 98
80
96
甲基橙脱色率%
60
甲基橙脱色率%
94 92 90 88 86 84
40
20
0 550 600 650 700 750
1.2
PTSS投加量g/L
图7.不同PTSS投加量对光催化活性的影响
当投加量为0.7g/L时效果最佳
综上所述：
制备TiO2/SiO2光催化剂的适宜条件是： 钛硅摩尔比n(TiO2)/n(SiO2)=12：1 钛源：硫酸钛 PTSS絮凝调pH值选用碱：氨水
水解过程pH值：6
煅烧温度：650℃
煅烧时间：1.5h
助色基团
发色基团
吸光度
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 200
光照 20min 光照25min 光照30min300
400 500 600
波长nm
图4.钛硅摩尔比为n(TiO2)/n(SiO2)(12/1)光催化降解甲基橙前后的紫外-可见扫描图
结
论
1.适宜条件下制备的TiO2/SiO2光催化剂经光照30min 后对甲基橙降解率可达100%。 2.SiO2能阻止TiO2团聚，使其颗粒变小。 3.SiO2能够抑制TiO2由锐钛矿相向金红石相转变。 4.TiO2/SiO2对水中污染物的吸附效果更好，从而光 催化活性更高。
0
10
20
30
2θ /(℃)
40
50
60
70010源自20302θ /(℃)
40
50
60
70
图1.钛硅摩尔比为n(TiO2)/n(SiO2)( 12/1) (a)和TiO2(b)在不同煅烧温度下的XRD图
SiO2能够抑制TiO2由锐钛矿相向金红石相转变
2.钛硅摩尔比n(TiO2)/n(SiO2) 的FTIR分析