核壳结构TiO_2/SiO_2/Fe_3O_4颗粒的制备及性能研究

针对纳米Ti O2光催化剂回收困难、成本较高等问题,采用溶胶-凝胶法在表面包覆了Si O2的磁基体Fe3O4上负载Ti O2,制备出一种具有光催化作用的核壳结构Ti O2/Si O2/Fe3O4功能纳米颗粒。通过TEM、XRD等对其包覆效果及结构进行表征,结果表明,Si O2、Ti O2包覆的醇∶酯∶水的比例分别为4.6∶12.3∶1和30.3∶12.5∶1时可以得到包覆均匀的Ti O2/Si O2/Fe3O4功能颗粒。在可见光和紫外光的照射下,Ti O2/Si O2/Fe3O4光催化剂降解亚甲基蓝溶液的脱色率分别为85.16%和78.86%,使用5次后颗粒的回收率仍能保持在75%以上,具有优异的光催化降解性能,并且可重复利用率高。     

TiO2/PPY/Fe3O4的水热法制备及其光催化与磁回收性能

以化学氧化法制备的聚吡咯(PPY)包覆Fe3O4复合材料为磁核,用水热反应法(170℃, pH=7±0.2)在其表面负载了纳米Ti02,制成壳/壳/核结构的磁载二氧化钛光催化剂.并用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外分光光度计(FT-IR)、振动样品磁强计(VSM)、Zeta电位仪对催化剂的物相组成、形貌、表面性质、磁学性质以及磁核的表面电位进行了表征分析.以初始浓度为25mg/L的苯酚溶液为模拟污染物, 对其进行光催化降解以考察其催化活性;并以自制的磁回收装置考察其磁回收率.结果表明,所制备的Ti02粒径在4~7nm,具有混晶结构,其中锐钛矿占95.2%,金红石占4.8%;PPY对Ti02在磁核表面的负载具有促进作用,TiO2在PPY/Fe3O4表面负载牢固;催化剂TPF(nTiO2:n PPY:nFe3O4 =30:2.1:1)具有良好的壳/壳/核结构,其磁感应强度为40emu/g,具有超顺磁性;所制备的催化剂光催化降解苯酚符合假一级反应动力学方程,其中纯TiO2、P25、TPF反应速率常数K值分别为0.0279、0.0264、0.0252,TPF循环使用5次后K值为0.020,催化活性略有降低,循环使用平均回收率可达到90.35%. 该法制备的磁载Ti02光催化剂具有优良的催化活性和磁回收性能,具有良好的应用前景.     

膜载Fe~(3+)/TiO_2光催化降解4-氟苯甲酸的研究

用自制半导体纳米Fe3+/TiO2玻璃薄膜,在高压汞灯下进行了光催化降解4-氟苯甲酸的研究。结果表明,反应光强、催化剂用量、pH值、溶解氧含量等反应条件改变对光催化降解效率具有显著的影响,光催化降解4-氟苯甲酸反应为一级动力学方程。     

Sn~(4+)/TiO_2光催化降解邻硝基苯酚的实验与理论研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同浓度Sn4+掺杂Ti O2纳米复合材料,用XRD和SEM分别对其结构和形貌进行了表征,并在紫外光和可见光条件下,分别研究其对邻硝基苯酚的降解效果,考查Sn4+掺杂量对光催化活性的影响,并利用基于密度泛函理论的第一性原理对Sn4+掺杂锐钛矿相Ti O2能带结构和态密度进行了计算。结果表明:采用该法制备的纳米颗粒为尺寸均匀,约50 nm的锐钛矿相结构,Sn4+掺杂并未改变晶相结构,Sn4+掺杂量为5%时的光催化降解邻硝基苯酚效果最好,在可见光下取得了与紫外光下基本一致的效果,降解率达到了98.8%。理论计算表明:Sn4+掺杂Ti O2后,在Ti O2的价带底附近出现了一个由Sn4+5s轨道组成的能级,导致掺杂后光催化活性增强。     

β-In2S3的制备及其太阳光下降解土霉素

利用水热反应法制备β-In2S3纳米颗粒光催化剂,并利用SEM、TEM和XRD等对其进行分析表征;采用土霉素溶液模拟四环素类抗生素废水,探讨In2S3对土霉素的降解效果.结果表明,β-In2S3为立方相纳米颗粒结构,该纳米颗粒由纳米片组成,直径约15~30 nm.以太阳光为辐射光源,In2S3对土霉素具有良好的光催化降解效果,在4 h内对初始浓度为30 mg·L-1的土霉素降解率可达98%以上.降解土霉素后的催化剂在无水乙醇中清洗并烘干,经4次循环利用后,β-In2S3的降解能力仍能达到85%以上,表明β-In2S3光催化剂具有良好的稳定性以及光催化活性.     

Fe3O4@TiO2复合材料对砷及染料的去除机理

利用溶剂热法制备了具有不同TiO_2外壳厚度的Fe_3O_4@TiO_2复合纳米材料,并探究其对砷及染料的去除机理。通过材料表征发现:Fe_3O_4@TiO_2复合材料为典型的核壳结构,Fe_3O_4与TiO_2通过化学反应结合形成Ti~(3+),材料感光范围展宽>600 nm;通过吸附等温线实验,n(TiO_2)∶n(Fe_3O_4)为0. 5时,Fe_3O_4@TiO_2复合材料对砷有较好的吸附效果(30 mg/g);可见光下,Fe_3O_4@TiO_2复合材料对染料甲基橙具有高效的光催化效率。Fe_3O_4@TiO_2复合材料是一种既可去除砷又可光催化降解染料的多功能材料,在环境污染治理方面将有广阔的应用前景。     

TiO2/PS/Fe3O4 光催化剂的低温制备及其光催化和磁回收性能

以聚苯乙烯(PS)包覆油酸修饰过的纳米Fe3O4为磁核,在低温(90℃)、中性(pH=7左右)条件下,制备了以PS为惰性隔离层的磁载TiO2光催化剂.用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外分光光度计(FT-IR)、振动样品磁强计(VSM)对催化剂的物相组成、形貌、表面性质、磁学性质进行了表征.以苯酚为模拟污染物,考察了其光催化活性,以自制的磁回收装置,考察其回收特性.结果表明,低温制备的TiO2为锐钛矿结构,平均粒径为2～5 nm,催化剂TiO2/PS/Fe3O4[其中物质的量比为n(TiO2)∶n(St)∶n(Fe3O4)=60∶2.5∶1]具有结构完整的壳/壳/核结构,TiO2在PS/Fe3O4表面负载牢固;光催化降解苯酚遵循一级反应动力学方程,TiO2/PS/Fe3O4[n(TiO2)∶n(St)∶n(Fe3O4)=60∶2.5∶1]的反应速率常数K=0.025 8,与纯TiO2的活性接近(K=0.026 2);循环使用5次后,反应速率常数仅降低0.003 4.所制催化剂具有较强的磁感应强度,平均回收率可达到92%以上.该低温水解法制备的磁载TiO2光催化剂具有良好的应用前景.     

核-壳结构的Fe-FeOxH2x-3催化UV/H2O2降解腐殖酸

采用硼氢化钠还原法制备了核-壳结构的Fe-FeOxH2x-3纳米复合材料,在近紫外光和H2O2催化条件下,对饮用水消毒副产物前驱体腐殖酸的去除比纳米零价铁的去除高.说明零价铁表面铁氧化物能加速界面电子转移,提高反应效率.探讨了H2O2浓度、腐殖酸初始浓度和起始溶液pH对反应速率的影响.研究结果表明,H2O2最佳投加量为5 mmol·L-1,在pH为5～9时,催化剂都显示了较高的活性;腐殖酸不但被脱色降解,而且TOC去除率达到60%,并且生成的中间产物降低了三氯甲烷的生成趋势.     

铽掺杂二氧化钛复合光催化剂的制备及性能

采用Sol-Gel凝胶法制备了纳米二氧化钛复合陶瓷光催化剂(Al2O3-SiO2-ZrO2-TiO)2,原料配比为Al∶Zr∶Si∶Ti=4∶1∶1∶1(摩尔比);并按照Ti物质的量掺杂稀土元素Tb,对Al2O3-SiO2-ZrO2-TiO2复合催化剂进行改性,制备了高催化活性的复合催化剂。在掺杂铽时,先用硝酸溶解氧化铽,然后再将其掺入Zr-Si-Ti醇溶液中。分别以甲基橙和有机污染物为光催化降解反应化合物,进行了光催化实验,研究了铽的掺杂量对催化性能的影响,Tb掺杂量为0.7%催化性能最好。分光光度法测定甲基橙的脱色率达到100%;COD去除率达98.5%。稀土铽的掺杂明显提高TiO2的光催化效能。对Tb掺杂量为0.7%的样品进行了XRD检测其微观结构,得出了氧化铝的主要晶型为γ-Al2O3,晶粒均为纳米级。     

碱热-酸热法合成二氧化钛-钛酸纳米管复合纳米材料对Cd(Ⅱ)和苯酚的同步去除

以P25型Ti O2为原料,经碱热和酸热反应合成了Ti O2/TNTs复合纳米材料,该材料皆具钛酸纳米管(TNTs)和Ti O2晶相.Cd(Ⅱ)在Ti O2/TNTs上的吸附动力学过程很快,30 min即可达到吸附平衡,此外,Langmuir等温模型拟合所得最大吸附量达120.34 mg·g-1,其主要吸附机制为Cd2+与复合材料中TNTs层间Na+/H+的离子交换.Ti O2/TNTs对苯酚的吸附量较低(0.36 mg·g-1),因此光催化反应以实现苯酚的降解是必需的.构建的吸附-光催化系统可实现Cd(Ⅱ)和苯酚的同步有效去除,180 min时二者的去除率分别可达到99.6%和99.7%.Cd(Ⅱ)的去除源于暗室下复合材料中TNTs相的吸附,而苯酚的去除在于后续复合材料中Ti O2相的光催化.Cd(Ⅱ)的共存可提高苯酚的光催化降解效率,原因在于Cd(Ⅱ)吸附进入材料层间后有助于材料光催化性能的提升.共存Na+对Cd(Ⅱ)和苯酚在Ti O2/TNTs上的同步去除影响极小;而共存Ca2+由于竞争吸附和促进材料团聚的原因,会轻微抑制Cd(Ⅱ)在Ti O2/TNTs上的吸附,但对苯酚的光催化降解影响较小.此外,Ti O2/TNTs可有效循环利用,经HNO3解吸和Na OH再生后,3次循环后材料对Cd(Ⅱ)和苯酚的去除率依然可达91.7%和98.1%.该研究提供了一种合成皆具吸附和光催化性能的钛系材料的方法,对于应用纳米材料实现水体环境中重金属和有机物的同时去除具有一定的借鉴意义.     

Fe3+/UV/O2光催化降解酸性橙Ⅱ机理及影响因素

对Fe3+/UV/O2光催化体系降解染料酸性橙Ⅱ(AOⅡ)的作用机制及其主要影响因素进行了研究.结果表明:Fe3+发生光解反应产生·OH是染料降解的主要途径,通入空气能够实现Fe2+的光氧化反应生成Fe3+,保证了体系中较高浓度的Fe3+,从而有利于降解反应的持续进行.此外,最佳的处理条件是空气通入流量为1.0 L/min,初始pH值为3.虽然AOⅡ在120min内完全降解,并且其中部分氮元素转化为N2释放,但是溶液中的TOC的去除率仅有35.77%,说明AOⅡ分子在Fe3+/UV/O2体系中并没有完全矿化.     

Mn~(2+)-WO_3-TiO_2光催化降解甲基橙的研究

溶胶-凝胶和浸渍相结合的方法制备Mn2+-WO3-TiO2光催化剂,进行甲基橙的光催化降解实验,考察WO3和Mn2+掺入量、焙烧温度及时间对光催化性能的影响。结果表明,500℃焙烧2h,掺杂量n(Mn2+)∶n(WO3)∶n(TiO2)=0.8∶1∶100时,光催化活性最高,光催化降解甲基橙溶液,120min后,降解率达84%,比单纯TiO2的光催化活性提高83%。     

复合催化剂磷钨酸/TiO_2光催化降解苯

通过溶胶-凝胶法制备了磷钨酸掺杂纳米Ti O2复合催化剂(简称PW/Ti O2),通过X射线粉末衍射物相分析、扫描电镜形貌分析、BET-N2吸附等手段对催化剂进行了表征和分析,并以苯为气相有机污染物,考察经不同热处理温度及不同磷钨酸掺杂量PW/Ti O2对苯的降解效果,同时考察了水汽含量、氧气和氮气气氛对PW/Ti O2催化性能的影响。结果表明,焙烧温度为350℃时,PW/Ti O2复合材料中Ti O2主要是锐钛矿相,PW/Ti O2的BET-N2吸附比表面积比纯磷钨酸比表面积增加了13倍多,与Ti O2相比增加了1.2倍;磷钨酸的掺杂可以抑制Ti O2晶粒的长大和团聚;PW/Ti O2的光催化效果明显好于Ti O2和HPW;当焙烧温度为350℃,磷钨酸与Ti O2配比为0.008 5∶1时,PW/Ti O2的催化性能好;反应体系中适当的水汽(590.33 mg/m3)可以提高苯的转化率,氧气气氛中PW/Ti O2对苯的光催化降解效率比在氮气中高。PW/Ti O2光降解苯的机理主要是电子-空穴对的产生以及活性氧物种的生成,磷钨酸有效地扼制了Ti O2表面上h+和e-的再结合。     

TiO2-石墨烯（Gn）复合材料光催化降解O3研究

通过改性Hummer法及溶胶凝胶法,制备出TiO2-石墨烯光催化复合材料.经吸附-光催化活性实验选出光催化活性最高的含C量为1.5%(质量分数)的TiO2-石墨烯复合材料,并在自行设计的模拟大型客机环境的气相光催化反应器中,进行O3光催化降解实验研究.结果表明,TiO2-石墨烯复合光催化材料在较短时间内对O3有较高的降解效率,且其光催化活性显著优于纯TiO2材料.初始O3浓度为(0.150～0.200)×10-6时,复合光催化剂受紫外光激发60 min的光催化降解率为66.12%,初始O3浓度为(0.950～1.000)×10-6时,其光催化降解率约为77%,较低浓度时((0.100～0.150)×10-6),O3去除率也能达到45.45%.此外,通过探讨光催化材料的重复使用性能,表明复合光催化剂重复使用4次以内,其对O3的光催化降解率保持基本稳定.     

玻璃膜载Fe3+/TiO2的制备及其光催化活性研究

采用溶胶-凝胶法制备了稳定的涂膜Fe3+/TiO2溶胶,通过浸渍-提拉法分别制备了Fe3+/TiO2玻璃负载薄膜,讨论了分散剂加入量、提拉速度对成膜质量的影响,并对所制薄膜进行了结构分析,通过降解4-氟苯甲酸溶液初步研究了其光催化活性。     

柱撑膨润土负载纳米磁性Fe_3O_4复合材料的制备及表征

采用原位共沉淀法在Al-Fe柱撑膨润土上负载纳米磁性Fe3O4,制备出Fe3O4/柱撑膨润土复合材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)对样品进行表征,并且研究了其作为非均相类Fenton催化剂降解橙黄II的催化活性。结果表明:纳米Fe3O4以化学键均匀分布在膨润土表面,减少了Fe3O4的团聚。在40℃,pH为3.0,催化剂用量为1.0 g/L,H2O2初始浓度为10 mmol/L的条件下,该复合材料对橙黄II降解的拟一级反应速率常数为0.061 min-1,分别是纯Fe3O4和柱撑膨润土的4倍和3倍,柱撑膨润土与Fe3O4间存在协同催化作用,纳米Fe3O4最佳负载量为50%。     

Fe3+、Ce3+掺杂TiO2光催化降解气相二苯并呋喃

以气相二苯并呋喃为研究对象,考察了在TiO2、Ce3+/TiO2和Fe3+/TiO2 3种不同光催化剂作用下,反应物初始浓度、湿度、气体循环速率和光强等因素对间歇式光催化反应速率的影响,并建立了估算和测定二苯并呋喃光催化反应常数和Langmuir吸附常数的数学模型和方法.结果表明,Fe3+和Ce3+掺杂修饰TiO2光催化剂后,提高了对二苯并呋喃的光催化降解活性,其中Fe3+/TiO2光催化活性最高;随着二苯并呋喃初始浓度的增大,其光催化降解速率也随之增大;适量的水蒸气存在可以促进二苯并呋喃的降解,但当水蒸气过量后,反而阻碍二苯并呋喃光催化降解;随着气体循环速率加快和光强的增大,二苯并呋喃光催化降解初始速率也随之增大;TiO2、Ce3+/TiO2和Fe3+/TiO2光催化降解二苯并呋喃反应速率常数k分别为34.54×10-5、36.23×10-5和37.95×10-4mg.(min.m2)-1.     

纳米CNTs/Fe_3O_4修饰石墨电极电Fenton降解苯酚

以多壁碳纳米管(CNTs)为载体,采用共沉淀法制得纳米CNTs/Fe3O4材料。对纳米CNTs/Fe3O4材料进行了TEM、XRD表征。合成的纳米CNTs/Fe3O4材料修饰石墨电极用作阴极,并对苯酚进行电化学降解研究。考察了电压、pH值对苯酚降解的影响,在优化的条件下,电压为5 V、pH值为5、对150 mg/L苯酚原液降解120 min,降解率可达92%。探讨了纳米材料修饰石墨电极的电化学行为,表明纳米CNTs/Fe3O4材料修饰电极能够促进O2生成H2O2,纳米Fe3O4中的Fe与H2O2发生Fenton反应,产生·OH氧化降解苯酚。     

金属离子掺杂TiO_2薄膜光催化去除气相中甲醛

采用溶胶-凝胶法在普通玻璃表面制备TiO2,Fe3+/TiO2,La3+/TiO2三种光催化剂,研究了煅烧温度、煅烧时间、涂膜层数、Fe3+和La3+加入量等因素对光催化剂降解气相甲醛的影响。结果表明,La3+/TiO2光催化性能略好于TiO2,Fe3+/TiO2光催化性能最佳。当掺Fe3+的TiO2催化剂煅烧温度为450℃,煅烧时间为2h,Fe:T(imol)=0.3%,涂覆层数为4层,光催化反应3h,实验封闭体系中甲醛的降解率可达49.24%。     

静电纺丝法制备CaIn2O4-In2O3纳米带及其光催化性能

利用静电纺丝技术原位制备了准一维结构CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带.采用XRD、SEM、TEM、EDS、UV-vis DRS、N_2吸附-脱附曲线等对合成的光催化剂进行表征,并以对苯二甲酸(TA)为分子探针物质,结合荧光技术探讨了光催化反应过程中·OH自由基的变化.以亚甲基蓝(MB)为降解目标物,考察了CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带的光催化活性,并研究了溶液pH及MB初始浓度对其光催化活性的影响.研究结果表明,宽度约为(663±75) nm的CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带由直径约为80 nm的纳米颗粒组成,且纳米颗粒之间有一定的孔隙.模拟太阳光辐照120 min,MB的降解率为76%,且降解过程服从一级动力学模型.CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带在酸性环境中显正电性,且光催化反应体系中·OH自由基的生成量随反应时间线性增加.CaIn_2O_4与In_2O_3的耦合使得合成的光催化剂在模拟太阳光下具有良好的光催化活性.