基于核桃壳有机载体通过溶胶-凝胶法制备新型双功能纳米二氧化钛光催化剂及其水净化应用研究

本刊推荐：本研究创新性地利用核桃壳（WNS）作为碳基载体，通过简易溶胶-凝胶法原位合成具有吸附-光催化双功能特性的纳米二氧化钛（TiO2）复合材料。该材料在紫外/可见光及黑暗条件下对亚甲基蓝（MB）的降解速率（kapp值）显著优于商用纳米TiO2（最高达12.25倍），为持久性有机污染物（POPs）的水处理提供了绿色高效的解决方案。

　　

Highlights

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  首创核桃壳粉（WNSP）为载体通过溶胶-凝胶法原位合成双功能TiO₂光催化剂

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  材料兼具吸附与光催化能力，黑暗条件下仍保持高降解活性

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  表观速率常数（k_app）达商用TiO₂的2.83倍（紫外）、9.35倍（可见光）和12.25倍（黑暗）

Materials, preparation and characterization procedures

碳基载体采用本地市场的核桃硬壳制备。经球磨（Retsch MM400）和筛分后，收集通过425微米筛网的核桃壳粉（WNSP）直接作为催化剂载体，无需酸碱处理或洗涤步骤，避免了耗时耗力的化学品使用。

The particle size distribution (PSD) analysis of the sol

溶胶的粒径分布（PSD）分析显示其具有均一的粒径分布（多分散指数PdI: 0.613）。体积分布平均粒径仅4.3纳米±2.2纳米，与既往研究结果相当（图1）。这种小而均匀的粒径分布为在有机载体表面形成纳米级TiO₂涂层奠定了理想基础。

Conclusions

溶胶-凝胶法成功在富碳有机载体（WNSP）表面原位制备出纳米光催化TiO₂。该双功能材料在多种光照条件（紫外/可见光/黑暗）下对高浓度MB溶液（～500 ppm）的净化效率显著优于商用纳米TiO₂，为水处理领域提供了可持续且高效的解决方案。