钛酸锶催化剂的制备及改性研究

使用光催化剂利用太阳能降解污染物，具有无二次污染、高效、节能等优点。SrTiO3有适宜的禁带宽度和良好的稳定性，是一种极具开发潜力和应用前景的光催化材料。但是，目前 SrTiO3催化剂面临制备工艺步骤复杂、污染大、成本高、对可见光的利用率低以及回收困难等问题。因此，在环保无污染、低成本的条件下制备 SrTiO3催化剂，并对其进行改性以提高光催化活性同时解决回收困难等问题都具有重要意义。
　　本文对SrTiO3催化剂的制备方法进行改进，采用溶胶-凝胶法，以酒石酸水溶液作为溶剂、分散剂和稳定剂，考察了酒石酸、蒸馏水的用量对 SrTiO3催化剂结晶度以及催化活性的影响。结果表明，当Sr2+与酒石酸摩尔比为1:4，蒸馏水用量为20mL时制备的SrTiO3结晶度为89％，对亚甲基蓝的降解率可达到40%。改进的钛酸锶制备方法选用的原料安全易得，工艺步骤简单，所用设备少，并且无毒，无刺激性气味，实验过程对环境友好。
　　针对SrTiO3的结构特点及性质，选择稀土金属元素Ce为掺杂元素，用改进的溶胶-凝胶法制备Ce掺杂改性的SrTiO3催化剂，采用XRD、IR、BET、SEM、XPS和UV-vis等手段检测了改性SrTiO3的结构及表面性能，并通过催化降解亚甲基蓝考察了该SrTiO3的光催化性能。研究表明，Ce4+替代SrTiO3的Sr2+，使催化剂表面的Ti4+含量减少，粒径减小，比表面积增大，光生电子和空穴的利用率提高。XPS分析表明，Ce4+改性SrTiO3催化剂表面吸附氧和吸附H2O含量增加，导致光催化活性中心增多。Ce4+的4f能级使SrTiO3形成新的能带，并且循环捕获光电子还原为Ce3+，延长光生电子和空穴的寿命，提高SrTiO3的催化活性。研究结果表明，掺杂3mol%Ce4+的SrTiO3对亚甲基蓝的降解率可达98.7%。
　　同样采用溶胶-凝胶法以 SrFe12O19粒子为磁性基体，制备了磁性SrTiO3/SrFe12O19磁性光催化剂，通过一系列表征手段对其表面形貌、光催化性能以及回收效果进行了考察。结果表明，SrFe12O19的负载使SrTiO3比表面积增大，光响应区域拓宽，光吸收带进入可见光区。负载量为25%的SrTiO3/SrFe12O19磁性光催化剂5h内对亚甲基兰的降解率达98.6%，同时，SrTiO3/SrFe12O19磁性光催化剂也具有良好的磁性能，容易被分离回收，回收重复使用5次后对亚甲基蓝的降解率仍高于80%。