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Zn2+掺杂TiO2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Zn2+掺杂对木材模板TiO2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-TiO2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Zn2+取代了Ti4+的晶格的位置,使TiO2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-TiO2对亚甲基蓝的降解效率最高,达到了99.31％,相比无模板TiO2提升了27％,同时其禁带宽度相比于无模板TiO2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-TiO2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.Zn2+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.
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