基于球磨法的TiO₂/煤气化渣复合材料的构建及其光催化性能研究

摘要

煤气化渣是煤化工生产的固体废弃物之一，在固体废弃物中占据重要比例。综合利用煤气化渣的天然属性（高比表面积、孔容积）及构成特性（富含碳元素）等特点，采用机械球磨法将煤气化渣与常规光催化剂二氧化钛（TiO₂）进行复合，拓宽TiO₂的光响应范围，并以染料废水为处理对象，评价其光催化性能。通过对复合材料进行X射线衍射（XRD）、红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）等表征，探索了TiO₂/煤气化渣复合材料催化降解亚甲基蓝溶液的最佳工艺条件。结果显示，在可见光的条件下，TiO₂/煤气化渣复合材料的光催化体系降解效率优于锐钛矿TiO₂、P25型TiO₂（P25）和煤气化渣/P25的效果，其中质量比为90∶10的TiO₂/煤气化渣复合材料效果最佳。经红外表征及自由基猝灭实验发现，羟基自由基作为重要的活性物种参与到了光催化降解亚甲基蓝反应中。同时，煤气化渣与TiO₂通过Ti—O—Si键进行有效结合，拓宽了TiO₂的光响应范围，增加了材料的接触面积。与锐钛矿TiO₂相比，其催化效率提高了4.96倍。催化降解效率在循环三次后仍可稳定维持在90%以上，说明TiO₂/煤气化渣复合材料具有优异的降解效率和稳定性。

关键词

煤气化渣 / 二氧化钛 / 可见光 / 光催化 / 染料废水

基金资助

齐鲁工业大学科教产融合试点工程基础研究类项目(2022PY047); 国家自然科学青年基金项目(21908118); 山东省高等学校“青创团队”计划项目(2023K139)