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纤维素-TiO_2复合催化剂的制备及其在甲基橙降解中的应用
纤维素-TiO2复合催化剂的制备及其在甲基橙降解中的应用
摘要：本文以纤维素为载体，通过浸渍-煅烧法制备了纤维素-TiO2复合催化剂，并将其应用于甲基橙的降解反应中。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和紫外-可见漫反射光谱（UV-VisDRS）等表征手段对催化剂进行了性质表征。实验结果表明，纤维素-TiO2复合催化剂具有较高的比表面积和光催化活性，能够有效降解甲基橙。此外，通过对操纵催化剂的不同实验条件，如反应时间、催化剂用量和pH值等，对甲基橙的降解效果进行了研究。结果表明，在适宜的条件下，纤维素-TiO2复合催化剂对甲基橙具有良好的降解效果。
关键词：纤维素-TiO2复合催化剂；制备；甲基橙；降解
1.引言
甲基橙是一种常见的有机污染物，常用于染料和颜料等工业生产中。由于其毒性较大，对环境和健康造成潜在风险，因此对甲基橙的降解具有重要意义。传统的降解方法包括生物降解和化学降解等方法，但其存在一定的局限性。光催化降解技术由于其高效、无毒、无副产物等优点，成为一种有效的降解甲基橙的方法。而纤维素是一种廉价、可再生的生物质材料，具有较高的化学稳定性和表面积，因此可以用作载体材料来制备催化剂。
2.实验设计
2.1材料
纤维素、钛酸四丁酯、去离子水、甲基橙
2.2制备纤维素-TiO2复合催化剂
首先，将纤维素浸泡于去离子水中，并在搅拌下均匀悬浮。然后加入适量的钛酸四丁酯，并继续搅拌，使其充分溶解。将溶液放置于恒温槽中静置12小时，使其形成均匀的沉淀。随后，将沉淀用超声仪进行分散处理，并经过离心去除残留的水。最后，将分散的纤维素颗粒煅烧于空气中，得到纤维素-TiO2复合催化剂。
2.3表征方法
使用扫描电子显微镜（SEM）对催化剂的形貌进行观察；使用X射线衍射（XRD）分析催化剂的晶体结构；使用紫外-可见漫反射光谱（UV-VisDRS）测量催化剂的光吸收性能。
2.4降解实验
将一定量的甲基橙和纤维素-TiO2复合催化剂加入反应体系中，进行降解反应。调节不同的实验条件，如反应时间、催化剂用量和pH值等，研究其对甲基橙的降解效果。取样后经过离心分离，用紫外-可见光谱进行分析，得到甲基橙的降解率。
3.结果与讨论
SEM结果显示，纤维素-TiO2复合催化剂表现出较为均匀的颗粒分布，并具有较高的比表面积。XRD分析结果表明，纤维素-TiO2复合催化剂主要为锐钛矿相TiO2。UV-VisDRS结果显示，纤维素-TiO2复合催化剂在可见区具有较强的吸收性能。
降解实验结果表明，纤维素-TiO2复合催化剂对甲基橙具有良好的降解效果。随着反应时间的延长和催化剂用量的增加，甲基橙的降解率逐渐提高。此外，较低的pH值也可以促进甲基橙的降解。而高温条件下的反应对甲基橙的降解效果影响不大。
4.结论
本实验成功制备了纤维素-TiO2复合催化剂，并将其应用于甲基橙的降解反应中。实验结果表明，纤维素-TiO2复合催化剂具有良好的光催化活性，能够有效降解甲基橙。此外，适宜的实验条件可以进一步提高降解效果，为进一步研究纤维素-TiO2复合催化剂的应用提供了基础。
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