悬浮与漂浮型银修饰二氧化钛(Ag/TiO2 )光催化剂的染料去除性能对比研究

本研究针对悬浮光催化剂回收困难、可见光利用率低等问题，通过超声辅助溶胶-凝胶法和喷雾干燥技术制备了漂浮型Ag/TiO2 @PUF光催化剂。结果表明：Ag修饰使TiO2 带隙能降至2.9 eV，比表面积提升至30 m2 /g；漂浮体系在模拟太阳光下90分钟可实现甲基橙(MO)完全降解，且循环5次后仍保持89%活性。该研究为开发可回收、高效的光催化废水处理系统提供了新思路。

　　

在纺织、印染等行业快速发展的背景下，有机染料废水处理成为环境治理的难点。甲基橙(MO)等偶氮染料具有毒性大、难降解的特性，传统处理方法存在效率低、二次污染等问题。半导体光催化技术因其绿色高效的特点备受关注，但常规悬浮态TiO₂
光催化剂面临可见光响应差(<400 nm)、电子-空穴复合快、回收困难等瓶颈。如何通过材料改性和体系创新解决这些问题，成为当前研究的关键挑战。

针对上述问题，某研究团队在《Tetrahedron Green Chem》发表论文，创新性地提出"悬浮与漂浮型银修饰二氧化钛(Ag/TiO₂
)光催化剂的染料去除性能对比研究"。研究采用超声辅助溶胶-凝胶法结合喷雾干燥制备粉末催化剂，再通过超声浸渍将其负载于漂浮聚氨酯泡沫(PUF)上，系统比较了悬浮与漂浮体系对MO的降解性能。

关键技术方法包括：1) 超声辅助溶胶-凝胶法合成Ag/TiO₂
；2) 喷雾干燥制备微球粉末；3) 超声浸渍实现PUF负载；4) XRD、DRS、BET等多维度表征；5) 模拟太阳光下降解动力学研究；6) LC-MS分析降解中间体。

3.1 形貌与元素组成
SEM显示TiO₂
和Ag/TiO₂
均匀分布在PUF孔隙中，TEM证实10 nm的Ag纳米颗粒成功负载。EDS检测到Ag/TiO₂
中含2.1% Ag，元素分布均匀。

3.2 晶体结构
XRD显示Ag/TiO₂
为锐钛矿/金红石混相(92:8)，晶粒尺寸26.5 nm，小于纯TiO₂
(32.8 nm)。Ag修饰使晶胞体积从138.98 ?³
缩小至132.16 ?³
。

3.3 光学特性
DRS证实Ag修饰使吸收边红移至470 nm，带隙能从3.0 eV降至2.9 eV。红外热成像显示Ag/TiO₂
@PUF在光照5分钟后达40°C，证实其表面等离子体共振(LSPR)效应。

3.6 光催化性能
漂浮Ag/TiO₂
@PUF在5次循环后保持89%活性，显著优于悬浮体系(50%)。优化条件下(0.4:200 g/mL，pH=4)，90分钟内实现5 mg/L MO完全降解，表观速率常数达0.050 min^-1
。

3.8 作用机制
自由基捕获实验表明·O₂
^-
贡献55%降解效率，h⁺
和·OH分别贡献19%和26%。LC-MS检测到m/z=320/306等中间体，最终矿化为CO₂
和H₂
O。

该研究通过Ag修饰和漂浮体系设计，同步解决了TiO₂
的可见光响应、电荷分离和催化剂回收三大难题。漂浮Ag/TiO₂
@PUF兼具高活性(98%去除率)和优异循环稳定性(5次循环仅衰减11%)，其光热效应促进传质，开放孔结构增加氧接触。研究为发展可持续、可规模化的废水处理技术提供了新范式，特别适用于实际水体中染料的深度净化。未来通过掺杂改性和氧化剂协同等策略，有望进一步缩短处理时间，推动光催化技术的实际应用。