ETS_10分子筛的合成及其应用.docx

ETS-10 分子筛的合成及其应用汪玲玲，丁洁璐，朱路平，谢洪勇（上海第二工业大学城市建设与环境工程学院，上海 201209）摘 要：采用水热合成的方法，以 TiO2 和硅酸钠为主要原料，成功制备 ETS-10 分子筛。详细讨论了 pH 值、原料的配比以及晶化时间对 ETS-10 合成的影响。通过 X 射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外-可见分光光度计（UV-Vis）等对样品进行了详细的表征，并以罗丹明 B 作为模型污染物，研究了 ETS-10 作为光催化剂，在紫 外光(λ=300 nm)照射下的光催化能力。关键词：ETS-10 分子筛；光催化；罗丹明 B中图分类号：O063文献标志码：A前言半导体光催化剂在紫外或可见光照下产生空穴-电子对，而空穴与氧化物半导体表面的 OH－反应生成强 氧化性的 OH 自由基，可以把很多难以降解的有机物氧化为 CO2 和水等无机物。由于此过程可在常温下进 行，具有可利用太阳光、催化剂来源广、无二次污染等优点，故已成为污水与大气治理、消毒和杀菌等应 用研究领域的重点和热点，且已是解决污染物深度净化处理且无二次污染的关键材料与技术问题[1,2]。纳米 TiO2 具有耐酸碱和耐光化学腐蚀、成本低、无毒等优点，以及有合适的导带和价带位置，是研究 最为广泛且最具应用潜力的半导体光催化剂。但由于 TiO2 的能级宽，为 3.2 eV，激发其电子跃迁的光波长 小于 387 nm，在太阳光下只利用了 3 % ～ 5 %的光能，因此扩大 TiO2 的激发波长范围及其开发新型光催化 材料成为光催化领域研究的热点[2]。分子筛是一类具有规整微孔结构的晶体。分子筛在催化、吸附、分离等领域早已有广泛应用，而近 10 年 来在光催化中的应用也已成为光催化领域中的一个热点。目前研究报道的杂原子分子筛光催化应用的体系主要有：TS-1[3] 、Ti-β[4] 、ETS-10[5] 、VS-1[6]等。这些 分子筛中，除 ETS-10 外，过渡金属离子都独立地与氧形成四面体而高度分散于骨架中。以单位过渡金属离 子计算，相同条件下，杂原子分子筛光催化反应活性一般都比相应的半导体氧化物体相高[7]。但是，由于过 渡金属离子在分子筛中的含量较低，因此其表现出的光催化能力有限。ETS-10 是一种具有独特微孔结构的钛硅分子筛，其结构比较特殊：一维的单原子 Ti-O-Ti-O 链嵌入在 SiO2 结构中[8]，-Ti-O-Ti-量子线禁带宽度为 4.03 eV[5]。ETS-10 中的 Ti 为扭曲的八面体对称[9]。Calza 等报道 应用 ETS-10 能够有效降解苯酚、1,3,5-三羟基苯、2,3-二羟基萘 3 种有机物。通过比较 ETS-10 和 TiO2 为光 催化剂降解中间产物的色谱结构，文献[5]认为两者光催化反应的机理具有相似性，即催化活性位外表面的-Ti-OH 基团，出现在钛氧链的断裂或起讫处。ETS-10 的合成步骤比较复杂。在很多报道中，需要用季铵盐、脂肪铵等有机模板剂[10] 合成 ETS-10， 也有一些研究报道了在没有有机模板剂的条件下也可以合成得到 ETS-10，但需要在大量氟离子的存在下， 使用 TiO2、TiCl3、TiCl4、TiF4、Ti2(SO4)3 作为钛源[11]。为了获得高纯度、高结晶度的 ETS-10，除了氟离子0收稿日期: 2010-05-10; 修回日期: 2010-09-07作者简介: 汪玲玲（1982—），女，博士，主要研究方向为环境友好功能材料的开发及应用，电子邮件：mailto:llwang@eed.sspu.cnllwang@eed.sspu.cn。基金项目: 上海第二工业大学校基金项目(No. XQD208017)，上海高校选拔培养优秀青年教师科研专项基金项目(No.egd08017)第 1 期汪玲玲，丁洁璐，朱路平，谢洪勇：ETS-10 分子筛的合成及应用35外，在文献[12]的报道中还加入了一定量的晶种。也有研究报道了在不加入氟离子、有机模板剂和晶种的条件下使用 Ti2(SO4)3、TiCl4、TiO2 作为钛源合成制备 ETS-10，但是此条件下产物含有二氧化钛的杂质[13]。因 此，人们仍在继续研究探索简便而有效的 ETS-10 合成方法。目前文献中通常采用 Degussa P25 作为合成 ETS-10 分子筛的钛源[14]。谢洪勇等报道以工业丙烷为燃料， TiCl4 为先驱物的火焰气相沉积法制备纳米二氧化钛，所制备的纳米二氧化钛具有工艺简单、产品纯度高、 球形度高、粒径可控、生产成本低等优点[15]，因此，本文采用谢洪勇等自制的 TiO2 为钛源合成 ETS-10 分 子筛，且进一步考察了 ETS-10 的光催化性能，以期望得到合成原料廉价