李俊生 徐美艳 关天宇 夏至 姜黎明 谭冲 左金龙

摘要：采用水热辅助的溶胶凝胶法制备纳米钛酸锌（ZnTiO3）光催化剂，以罗丹明B为目标降解物，运用动力学模型分析罗丹明B（RhB）初始浓度对降解效果的影响。通过SEM、XRD、XPS、UVVis DRS对ZnTiO3进行表征，并使用自由基捕获试验分析其降解机理。结果表明，ZnTiO3为纯六方相，形貌为类球形，粒径50 nm左右。在催化剂用量为1 g/L、RhB初始浓度为5 mg/L、pH值为3的条件下，光催化反应150 min后，RhB降解率为93.2%。其动力学方程为k=0.132C0-1.253。ZnTiO3光催化剂降解过程中，·OH、h+、·O2-均起到催化作用，产生·OH、h+的量相近且多于·O2-，说明·OH、h+在催化反应中起主要作用。

关键词：钛酸锌;动力学;罗丹明B;光催化降解

中图分类号：X703.5 文献标志码：A 文章编号：20966717（2020）03014907

Abstract： The nanozinc titanate （ZnTiO3） photocatalyst was prepared by hydrothermalassisted solgel method. Rhodamine B was taken as the target degradant. The effect of initial concentration of Rhodamine B （RhB） on the degradation was analyzed by kinetic model. ZnTiO3 was characterized by SEM， XRD， XPS and UVVis DRS. The degradation mechanism was analyzed by free radical trapping experiments. The results show that ZnTiO3 is a pure hexagonal phase with a spherical shape and a particle size of about 50 nm. Under the condition of catalyst dosage of 1 g·L-1， initial concentration of RhB of 5 mg/L and pH of 3， the degradation rate of RhB was 93.2% after photocatalytic reaction for 150 min. Its kinetic equation is k=0.132C0-1.253. In the degradation process of ZnTiO3 photocatalyst， ·OH， h+， ·O2- all play a catalytic role， and the amount of ·OH and h+ is similar and more than ·O2-， indicating that ·OH and h+ play a major role in the catalytic reaction.

Keywords：ZnTiO3; kinetics; Rhodamine B; photocatalytic degradation

羅丹明B染料是应用最多的染料之一。合成染料广泛应用于纺织、食品加工、印染制造业等先进技术领域[1]。印染废水产量大、色度高、难处理[2]。这种高度着色废水对植物的光合作用、水生生物、海洋生物以及人类都有毒性作用[34]。光催化技术利用光能进行物质转化，是光催化剂表面的光驱动化学过程，可以从水中产生氢气，将太阳能转化为电能，降解有机污染物，并将CO2还原成有机燃料[5]。太阳能是可持续的清洁能源，因此，光催化技术是解决环境污染和能源短缺的绿色技术之一。钛酸锌由于其在微波介质[6]、陶瓷[7]、光催化[8]、光致发光材料[9]、太阳能反射颜料[10]等方面具有潜在应用，近年来受到广泛关注[11]。中国钛资源含量丰富，为世界之首，这为研究钛酸盐光催化剂提供了有利条件[12]。钛酸锌体系共有3种结构，分别为正钛酸锌（Zn2TiO4）、六方偏钛酸锌（ZnTiO3）以及立方偏钛酸锌（Zn2Ti3O8）[13]。……