1、第43卷 第4期2023 年8月投稿网址：http：/辽宁石油化工大学学报JOURNAL OF LIAONING PETROCHEMICAL UNIVERSITYVol.43 No.4Aug.2023TiO2/Fe2O3纳米复合材料的制备及光催化性能杜意恩1，杨召弟1，李玉梅2（1.晋中学院 化学化工系，山西 晋中 030619；2.山东省青岛第二卫生学校，山东 青岛 266308）摘要：分别以 Fe(NO3)39H2O 和钛酸四丁酯为铁源和钛源，以 HF、HAc、NH4F、NH3H2O、H2O2为形貌控制剂，通过沉淀分离法联合溶胶凝胶法制备了不同形貌的 TiO2/Fe2O3纳米复合材料。用
2、X射线粉末衍射仪（XRD）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）对 TiO2/Fe2O3样品的结构和形貌进行了分析，并探究了所合成的TiO2/Fe2O3纳米复合材料在紫外光照射条件下对亚甲基蓝（MB）的降解性能。结果表明，当以 NH3H2O 为形貌控制剂时，制备的 NH3H2OTiO2/Fe2O3纳米复合材料对 MB 的降解效果最好（82.9%），其光催化活性分别是 HFTiO2/Fe2O3（82.5%）、H2O2TiO2/Fe2O3（75.7%）、NH4FTiO2/Fe2O3（72.9%）、HAcTiO2/Fe2O3（71.8%）、TiO2（53.1%）、Fe2O3（23.1%）和空白样品（6
3、.4%）的 1.00、1.10、1.14、1.15、1.56、3.57倍和 12.95倍，这归因于其较大的比表面积、梭形形貌、最高的结晶度和合适的异质结结构的协同作用。关键词：纳米复合物；沉淀分离法；溶胶凝胶法；光催化性能中图分类号：O643.36 文献标志码：A doi：10.12422/j.issn.16726952.2023.04.001Synthesis and Photocatalytic Performance of TiO2/Fe2O3 CompositesDu Yien1，Yang Zhaodi1，Li Yumei2（1.School of Chemistry and Chem
4、ical Engineering，Jinzhong University，Jinzhong Shanxi 030619，China；2.Shandong Qingdao Second Health School，Qingdao Shandong 266308，China）Abstract:TiO2/Fe2O3 nanocomposites with different morphologies were prepared by precipitation separation method combined with solgel method using Fe(NO3)39H2O and t
5、etrabutyl titanate as iron and titanium sources,and HF,HAc,NH4F,NH3H2O,H2O2 as morphology control agents,respectively.The structure and morphology of the TiO2/Fe2O3 samples were characterized by Xray powder diffraction(XRD)and field emission scanning electron microscope(FESEM),and the degradation pe
6、rformance of the TiO2/Fe2O3 nanocomposites for methylene blue under UVlight irradiation condition was investigated.The results show that the NH3H2OTiO2/Fe2O3 nanocomposites prepared with NH3H2O as the morphology control agent have the best degradation effect on MB,with a degradation rate of 82.9%,wh
7、ich is approximately 1.00,1.10,1.14,1.15,1.56,3.57,12.95 times larger than that of HFTiO2/Fe2O3(82.5%),H2O2TiO2/Fe2O3(75.7%),NH4FTiO2/Fe2O3(72.9%),HAcTiO2/Fe2O3(71.8%),TiO2(53.1%),Fe2O3(23.1%)and blank(6.4%)samples,respectively.This is attributed to the synergistic effect of its large specific surfa
8、ce area,spindle morphology,highest crystallinity and suitable heterojunction structure.Keywords:Nanocomposite；Precipitation separation；Solgel method；Photocatalytic activity随着人口的快速增长和工业化的迅速发展，人类对饮用水的需求量越来越大，由此导致的饮用水短缺已经成为困扰人类最普遍的问题之一1。因此，对废水进行处理使其恢复到可饮用的质量，是水再生的首要目标23。工业排放的废水中含有的亚甲基蓝、罗丹明 B、甲基橙、刚果红等有机
9、染料，是造成水污染的最大一类污染物，其中许多有机染料对人类健康具有致突变作用45。目前可用的混凝絮凝、吸附、沉淀、膜技术和离子交换技术等传统废水处理工艺，仅能将有机污染物从液相转移至固相，并未彻底去除，后续还需要进一步处理，并涉及吸附剂的再生或膜更换，从而增加了废水整体处理文章编号：16726952（2023）04000107收稿日期：20220802 修回日期：20220905基金项目：山西省应用基础研究计划项目（201901D111303）；山西省“1331工程”创新团队项目（PY201817）；晋中学院“1331工程”重点创新团队项目（jzxycxd2019005）。作者简介：杜意恩（1
10、978），男，博士，教授，从事无机纳米材料的设计、合成及其性能方面的研究；Email：。辽宁石油化工大学学报第 43 卷成本。因此，开发高效、低成本和生态友好的降解方法已成为当务之急6。光催化技术是一种在能源和环境领域有重要应用前景的绿色技术，是利用半导体材料在光照下表面能受激化的特性而使水中的有机污染物发生氧化7。半导体光催化剂能吸收太阳光，将其转化为电能或化学能，能将自然界中的毒性物质转化为无毒的小分子、水、无机盐等矿物质，还能降解污水中的有机污染物8。光催化技术具有成本低、原料易制得、反应条件温和且不会造成二次污染等特点，因此在处理纺织印染工业污水方面有广泛的应用前景9。在众多光催化剂中
11、，TiO2纳米颗粒因在紫外线照射下具有显著的光催化活性、良好的化学稳定性、低成本和低毒性，显示出巨大的应用潜力1012。然而，TiO2纳米材料本身的两个固有缺陷限制了实际应用：宽带隙能（3.03.2 eV）限制了其对可见光的响应；光生电子空穴对的快速复合导致其光催化活性降低1314。克服该缺陷的一个解决方案是构建异质结复合材料，这是由于异质结的存在能够促进光生电子空穴对的有效分离和抑制光生电子空穴对的快速复合1516。构建合适的 TiO2基异质结光催化剂，两个组分之间能级的匹配是至关重要的。Fe2O3作为一种高活性光催化剂，其带隙能为 2.2 eV，具有价格便宜、稳定性好、易于制备且有较好的耐
12、光特性等优点17。自然界中的 Fe2O3主要有 型，型，型三种不同的晶型，其中 Fe2O3具有最高的光催化活性18。将 TiO2与 Fe2O3进行复合，形成一种理想的 TiO2/Fe2O3异质结复合光催化材料，能够促进 光 生 电 荷 的 有 效 分 离，从 而 提 高 其 光 催 化 活性1920。例 如，徐 家 通 等21以 Fe(NO3)39H2O 为 铁源，以 NaOH 为沉淀剂，制备了 Fe2O3纳米粒子，其与纳米 TiO2胶体复合后制备了 Fe2O3/TiO2纳米复合光催化剂，在可见光照射下能够显著提高对甲醛的降解效果。丁士文等22分别以 TiCl4和FeCl3为钛源和铁源，以尿素
13、为沉淀剂，采用微波加热法和均相沉淀法制备了一系列 TiO2/Fe2O3复合材料。结果表明，当复合材料中 Fe 的摩尔分数为 5%时，对藏蓝色染料的降解效果最好。付文等23以四异丙醇钛为钛源，以醋酸为水解抑制剂，采用溶胶凝胶法制备了 TiO2/Fe2O3复合光催化剂，其对茜素红溶液具有显著的降解作用。梁凯等24以 TiCl4为钛源，以 Fe2O3为载体，采用水解沉淀法制备了 TiO2/Fe2O3纳米复合材料，其在光催化降解甲基橙溶液时显示了较高的光催化性能。李银辉等25以 FeCl2为铁源，以钛酸丁酯为钛源，采用水热合成法制备了 TiO2/Fe2O3复合材料，该复合材料是一种很好的 Cu2+吸附
14、剂。本文分别以 Fe(NO3)39H2O 和钛酸四丁酯为铁源和钛源，以 HF、HAc、NH4F、NH3H2O、H2O2为形貌控制剂，通过沉淀分离法联合溶胶凝胶法制备了不同形貌的 TiO2/Fe2O3纳米复合材料；以印染工业中常见的、较难处理的芳香杂环化合物亚甲基蓝模拟废水溶液为降解对象，对制备的不同形貌的TiO2/Fe2O3纳米复合材料的光催化性能、反应动力学进行了研究。1 实验部分 1.1 试剂与仪器试 剂：硝 酸 铁（Fe(NO3)3 9H2O）、氢 氧 化 钠（NaOH），分析纯，天津市凯通化学试剂公司；氢氟酸（HF），分析纯，天津市北辰方正试剂厂；氨水（NH3 H2O）、乙 酸（CH3
15、COOH，HAc）、氟 化 铵（NH4F）、无水乙醇（C2H5OH），分析纯，天津市科密欧 化 学 试 剂 公 司；过 氧 化 氢（H2O2）、二 氧 化 钛（TiO2），分析纯，天津市博迪化工公司；钛酸四丁酯（Ti(C4H9O)4，TBT），分 析 纯，萨 恩 化 学 技 术 公司；亚甲基蓝（C16H18ClN3S3H2O），分析纯，北京化工厂。仪器：FB224 型分析天平，上海舜宇恒平科学仪器公司；SHZD()型循环水式真空泵，巩义市予华仪器有限公司；HGZF型电热恒温鼓风干燥箱，上海跃进有限责任公司；KSL1400X 型箱式高温烧结炉，合肥科晶材料技术公司；TU1901 型双光束紫外可见
16、分光光度计，北京普析通用仪器公司；UMIULAB 型磁力加热搅拌器，杭州米欧仪器公司；REGULUS8100 型扫描电子显微镜，日本日立高新技术株式会社；A250型紫外线 UV 固化灯，上海铭耀玻璃五金工具厂；XRD6100 型 X射线粉末衍射仪，日本岛津公司；ASAP2020型全自动比表面积分析仪，美国麦克仪器公司。1.2 TiO2/Fe2O3纳米复合材料的制备Fe2O3晶体的制备：称取 20.535 6 g Fe(NO3)39H2O 放入 100 mL烧杯中，加去离子水溶解，然后转移到 2 500 mL 烧杯中，配制成 2 000 mL的 Fe(NO3)3溶液，再向其中加入 9.606 8 g NaOH。将烧杯放在磁力加热搅拌器上，设置温度为 60 C、搅拌速度为360 r/min、时间为 1 d，搅拌结束后静置 1 d 使溶液分层。待上层清液澄清，倒去上层清液，取下层溶液进行抽滤。抽滤后，将固体样品晾干，研磨成粉末状，然后在箱式高温烧结炉中于 500 C 高温煅烧2第 4 期杜意恩等.TiO2/Fe2O3纳米复合材料的制备及光催化性能2 h，制备出红棕色的 Fe2O3晶体。TiO
