C3N4/BiOBr复合可见光催化剂的性能及其作用机制

利用水热合成法制备了C_3N_4/BiOBr复合可见光催化剂,通过XRD、FT-IR、SEM、DRS、PL等手段对催化剂的物相组成和光化学性能进行了系统表征,利用对罗丹明B(RhB)的降解实验评价了催化剂在可见光照下的光催化降解活性和稳定性并通过ESR分析和自由基捕获实验探究了RhB的光催化降解机制.结果表明,水热合成法可成功制备结晶性能良好的C_3N_4/BiOBr复合可见光催化剂;C_3N_4的复合降低了BiOBr光催化剂的电子-空穴的复合,提高了光催化降解活性,其中15%C_3N_4/BiOBr的活性最佳,可见光照18 min后RhB的脱色率达100%,较纯BiOBr提高了1.5倍,且重复使用5次后仍具有较高的光催化降解活性;复合催化剂光催化降解RhB过程中参与降解的主要活性物种为空穴(h~+)和超氧自由基(·O_2~-),其中h~+影响更为显著.     

Er~(3+)-TiO_2催化剂的制备及光催化性能的研究

本实验使用溶胶-凝胶法制得Er~(3+)-TiO_2(铒掺杂二氧化钛)催化剂,以罗丹明B为目标污染物,采用太阳光作为光源,探究在不相同制备条件和降解条件下催化剂的光催化性能。实验结果证明:最佳制备条件为铒钛比(摩尔百分比)1.00%、焙烧温度600℃;当催化剂投加量为0.2 g、降解100 m L、20 mg/L的罗丹明B、p H=7时,降解效果最好。最佳条件下光催化反应2.5 h后降解效果可达到95%以上,其降解效果是纯TiO_2催化剂降解效果的5倍,是N-TiO_2(氮掺杂二氧化钛)催化剂降解效果的3.5倍,且Er~(3+)-TiO_2催化剂的催化性能稳定,重复利用性好。     

Bi2O3-TiO2复合光催化剂协同处理铬-邻苯二甲酸酯复合污染

以硝酸铋和钛酸丁酯为前驱体,采用水热法制备了Bi_2O_3-TiO_2复合半导体材料,并利用X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UVVis)、能谱分析(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对复合材料的结构进行了表征.同时,考察了Bi_2O_3-TiO_2复合材料对重金属Cr(Ⅵ)和难降解邻苯二甲酸二丁酯(DBP)复合污染的处理性能,并探讨了复合催化剂协同处理复合污染的作用机制.结果表明:该复合催化剂在可见光下能同时降低重金属Cr(Ⅵ)和有机物DBP的浓度,抑制电子和空穴复合,表现出比对单一Cr(Ⅵ)及DBP污染物更高的处理效率.当Bi_2O_3含量为4%时,复合催化剂表现出最佳的光催化活性.     

ZnTiO3-TiO2复合光催化剂的制备及光催化降解有机污染物机制分析

TiO_2光催化剂因无毒无害而在光催化降解污染物领域有巨大潜力.但由于TiO_2的光生电子空穴复合较快,量子效率较低,限制了它的广泛使用.在本研究中,通过溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备了ZnTiO_3-TiO_2异质结复合光催化剂,分析了配比和煅烧温度对材料光催化性能的影响,以甲基橙(MO)溶液为模拟污染物进行光催化降解,探讨了其催化效果及效率提升的机制.结果表明,在紫外光照射下,ZnTiO_3与TiO_2比值为0. 3时,在600℃下煅烧3 h后,其催化效果最佳且表现出良好的化学稳定性.通过光电流测试和电子自旋共振波谱仪的检测结果,证明复合光催化剂的光生电子和空穴复合率降低,从而提高了光催化活性.     

复合催化剂对气相苯和甲苯的光催化降解研究

研究了在无催化剂、纯锐钛矿、纯金红石以及复合催化剂时苯和甲苯的光催化降解情况,考察了反应物初始浓度以及不同催化剂组成时苯和甲苯的光催化降解. 结果表明,使用锐钛矿催化剂,苯和甲苯降解效率都有很大提高,而使用金红石催化剂,苯和甲苯降解效率提高的幅度不大,这主要与锐钛矿和金红石的晶体结构有关. 在无催化剂和以金红石为催化剂时,甲苯比苯更容易降解;以锐钛矿为催化剂时苯比甲苯更容易降解. 初始浓度对苯和甲苯的光催化降解过程有一定的影响,在低浓度时降解速率较快,而在高浓度时降解速率较慢. 在锐钛矿催化剂中掺入一定量的金红石可提高催化剂的光催化活性. 对于苯,锐钛矿80%、金红石20%的复合催化剂光催化活性最高;而对于甲苯,锐钛矿90%、金红石10%的复合催化剂光催化活性最高.     

F-对弱吸附间苯二酚光催化降解效率的提升:游离·OH的作用

传统的光催化降解机制认为是光激发产生的氧化活性物质优先对吸附在催化剂表面的污染物分子进行降解,因此,弱吸附性有机物难以接触到光催化剂并发生降解.为探究提升弱吸附有机物光催化降解的机理,本文构建了一个高暴露{001}晶面TiO_2({001}-TiO_2)降解弱吸附间苯二酚(RE)的光催化体系.实验结果表明,所制备的{001}-TiO_2具有强亲水性,并能提供大量的F~-吸附位点.RE在{001}-TiO_2表面的吸附能力很弱,并且光催化降解效果很差.F~-的加入可使RE的光催化降解速率提升近3倍.通过自由基猝灭实验发现,RE的降解主要取决于溶液中游离羟基自由基(·OH)的作用,由于F~-能与{001}-TiO_2亲水表面的羟基及·OH形成强烈的竞争吸附,从而使·OH游离到溶液中氧化降解RE.EPR测试进一步证实了F~-不仅可以促使TiO_2产生更多的游离·OH,同时也能激发产生更多超氧自由基(·O~-_2),推测·O~-_2主要由有效分离的光生电子与O_2或·OH反应生成.综上,本研究明确了游离·OH对弱吸附RE的光催化降解效率起决定作用,F~-促使游离自由基产生的机制可为弱吸附有机污染物的降解提供新思路.     

水中微量消毒副产物的光催化降解

采用光催化氧化工艺考察了饮用水部分消毒副产物的光催化降解效果.结果表明,TiO₂薄膜催化剂在低压汞灯照射下能明显提高致癌致突变有机物的光降解速率,其中卤代烷烃的光催化降解较光降解提高了3～7倍,而烯烃和芳香类物质的光催化降解较光降解也提高了2～3倍.总地来说,不同物质的降解规律为苯乙烯的降解速率最大,邻甲酚其次,烯烃较烷烃的光催化降解速率有明显提高,芳香烯烃较脂肪烯烃的降解速率高,而氯代烷烃的光催化降解效果非常接近.     

SiO2纳米颗粒内嵌强化介孔TiO2单晶光催化降解盐酸四环素

吸附性能和光生载流子的分离效率是决定光催化降解抗生素的主要因素.为提高介孔TiO_2单晶(MSCs)的吸附性能和光生载流子的分离效率,在MSCs内部构建SiO_2纳米颗粒吸附结构.同时,利用表面光电压谱、氮气等温吸附-脱附、X射线衍射等研究其结构特性.最后,以盐酸四环素为抗生素代表,通过控制SiO_2纳米颗粒比表面积,考察SiO_2对复合材料吸附及光催化性能的影响.结果表明,SiO_2纳米颗粒与TiO_2单晶复合显著提高了材料的吸附性能,表面保护蚀刻进一步提升了材料的比表面积.实验条件下,高比表面积SiO_2-TiO_2单晶复合材料(KSiO_2@TiO_2)对盐酸四环素的平衡吸附量、降解效率、降解速率常数和矿化率分别达到了0.96 mg·g-1、90.2%、0.0079 min-1、54.4%,分别是MSCs的4.4、1.5、2.6和3.1倍.副产物分析表明,SiO_2复合介孔单晶材料更易将盐酸四环素降解为小分子物质.     

新型纳米材料光催化反应器研究

为了充分发挥纳米材料的光催化性能,研制了一种带有旋转叶片且可负载光催化纳米材料的光催化反应器.并以制备的纳米TiO2/硅藻土复合材料作为光催化剂、TNT生产废水为处理对象,考察了催化材料附载量、废水浓度和多次重复使用对反应器催化降解效率的影响.结果表明:附载有光催化纳米材料的反应器经过6次6h重复使用,对TNT生产废水催化降解效率仍然保持在75%以上,远高于直接分散在废水中纳米材料的处理效率(47.25%),即多次重复使用并保持高降解效率;而且可较好地避免纳米光催化材料的团聚.避免因回收造成的纳米材料光催化效率降低以及回收不完全造成的水体二次污染等现象.     

石墨烯/二氧化钛降解亚甲基蓝的研究

以钛酸丁酯和氧化石墨烯为前驱物,通过水热法制备石墨烯/二氧化钛(GR/TiO2)复合光催化剂。采用XRD、TEM和FT-IR等技术手段对GR/TiO2粉体的结构和形貌进行了表征。利用对亚甲基蓝光催化降解,考察了GR/TiO2的光催化降解能力,并研究了H2O2用量和p H等因素对光催化降解速率的影响。结果表明:复合催化剂中,TiO2为锐钛型晶体,粒径为25 nm左右,分散在薄纱状的石墨烯上;复合催化剂通过紫外光下光催化性能有所提高,对可见光产生响应,具有良好的稳定性;加入适量H2O2能提高反应速率,碱性条件下,对亚甲基蓝的降解效率更高。     

CuO/AOCF类Fenton催化剂的制备及光催化性能

以偕胺肟纤维(AOCF)为载体,采用配位-沉淀法研制了一种新型的类Fenton催化剂CuO/AOCF.用SEM、EDS和XRD对CuO/AOCF的表面形貌、晶体结构和表面成分进行分析,结果显示:CuO纳米颗粒均匀分布在AOCF表面.以活性红染料为目标降解物及其去除率为评价指标,考察CuO/AOCF与H_2O_2组成类Fenton催化剂的光催化性能.结果表明:在氙灯光照作用下,0.6 g·L~(-1)CuO/AOCF、2 m L·L~(-1)H_2O_2、反应时间为80 min,活性红溶液几乎完全被降解.对比同质量粉体CuO,CuO/AOCF对光催化性能有着更好的促进作用.CuO/AOCF重复使用5次后降解率仍能大于80%.动力学研究表明,该类Fenton催化降解反应遵循一级反应动力学规律.     

纳米Fe/Co催化降解土霉素效果及影响因素研究

为探究液相还原法制备的纳米Fe/Co催化剂的类芬顿催化效果,以单因素分析法研究了pH、OTC（土霉素）初始质量浓度、H₂O₂摩尔浓度和催化剂用量对纳米Fe/Co催化剂催化性能的影响,并通过SEM（扫描电子显微镜）和BET（比表面积测试仪）对纳米Fe/Co催化剂进行表征,进一步研究了纳米Fe/Co催化剂对OTC模拟废水的催化降解效果.结果表明:①纳米Fe/Co催化剂可以有效地改善催化体系的pH使用范围,在pH为3.0~11.0范围内,纳米Fe/Co催化剂对浓度为100 mg/L OTC的去除率（94.0%）高于纳米Fe催化剂（85.0%）;低浓度OTC有利于提高污染物的去除率,而高浓度的OTC有利于提高反应速率;H₂O₂摩尔浓度为200 mmol/L时,纳米Fe/Co催化剂对OTC的去除率最高（93.8%）;纳米Fe/Co催化剂用量为6 g/L时,其对OTC的去除率最高（92.8%）.②纳米Fe/Co催化剂粒径为20~30 nm,比表面积较高,为121.3 m2/g.③纳米Fe/Co催化剂在重复利用13次后OTC去除率仍在50.0%以上,其重复利用性能良好.研究显示,纳米Fe/Co催化剂对OTC废水具有较好的催化性能、重复利用性能以及较宽的pH使用范围,可为含抗生素废水处理提供理论支撑.      

Pd-Fe/石墨烯多功能催化阴极降解4-氯酚机制研究

制备出Pd-Fe/石墨烯多功能催化阴极,与Ti/Ir O2/Ru O2阳极、有机涤纶滤布构成隔膜电解体系,将阴极催化加氢脱氯作用和阴阳极氧化作用耦合起来对含4-氯酚的有机废水进行降解,采用TOC仪、紫外扫描、高效液相色谱、离子色谱分析方法研究其降解效果及反应历程.结果表明,在最佳反应条件下,Pd-Fe/石墨烯催化体系阴阳极室中4-氯酚转化率分别为98.1%和95.1%,优于Pd/石墨烯催化体系阴阳极室的93.3%和91.4%.Pd-Fe/石墨烯催化体系脱氯效果高于95%,表明双金属催化剂具有更强的析氢能力.在阴阳极的协同作用下,反应120 min时4-氯酚被完全转化.通过阴极加氢脱氯作用,4-氯酚被还原成苯酚.随后苯酚在阴阳极的共同氧化作用下,被氧化生成对二苯酚、苯醌等中间产物,继而被氧化为小分子有机酸,最后被矿化为CO2和H2O,据此提出了4-氯酚降解的可能历程.     

陶粒负载纳米TiＯ2催化臭氧化降解水中微量硝基苯

制备了以陶粒为载体的纳米二氧化钛催化剂,并以硝基苯为稳定性有机污染物的目标降解物,研究了其对臭氧化的催化性能,对影响催化效果因素及降解机理进行了探讨.实验对不同温度条件下烧结的催化剂催化臭氧化有机物能力进行了比较,使用SEM进行表征,确定最佳烧结温度.通过改变催化剂投量、硝基苯初始浓度、pH值、添加不同浓度自由基抑制剂和催化剂重复使用实验等,表明在700℃温度下烧结的催化剂具有最大催化活性;硝基苯臭氧化反应中主要氧化剂为羟基自由基,其降解反应为一级反应;硝基苯的去除率随催化剂投量增加而增大;在pH为10时催化剂具有最好的催化效果,对硝基苯的去除率为46.5%;催化剂连续3次重复使用性能良好.     

磷钨酸表面修饰TiO2光催化降解空气污染物

 以磷钨酸水溶液湿法浸渍表面修饰TiO₂制备了磷钨酸/二氧化钛复合催化剂,并进行了H₂-TPR、BET比表面、TG-DTA、FTIR、UV-vis表征.以含甲醛、丙酮的模拟污染空气,研究其在复合光催化剂作用下的光催化降解行为.结果表明,修饰剂磷钨酸含量为21.9%时,光催化降解甲醛的效果最佳;该反应随修饰剂磷钨酸含量的增加,甲醛的部分还原产物甲醇含量增加,说明HPW与TiO₂产生了明显的协同作用,改变了TiO₂光催化反应历程,由此推导出可能的反应机理;修饰剂磷钨酸含量为21.9%时,光催化降解丙酮的效果也最好,去除率达到100%.     

磁性Fe3O4-CuO非均相活化过碳酸钠降解AO7

采用一步水热法合成了可磁性回收的Fe₃O₄-CuO材料并通过SEM-EDS和XRD进行表征.利用Fe₃O₄-CuO活化过碳酸盐（SPC）降解偶氮染料AO7,探究了Fe₃O₄-CuO投加量、SPC初始浓度、初始pH值和背景氯离子对Fe₃O₄-CuO/SPC体系降解AO7的影响,分析了体系的主要反应机理.实验结果表明,Fe₃O₄-CuO可以活化SPC降解AO7,反应随Fe₃O₄-CuO和SPC投加量的增加而加快,但过高的SPC投加量反而抑制AO7的降解.由于SPC的缓冲能力,该体系拥有广泛的pH适应能力且反应随着初始pH的升高而加快.染料废水中常见的Cl^-对AO7的降解有促进作用,Cl^-浓度越高降解速度越快.AO7的降解主要发生在材料表面,反应的主要活性物种为·OH,Fe₃O₄-CuO重复使用4次后依旧保持较高的催化活性体现了其良好的稳定性.该体系对AO7具有优异的脱色能力和较好的矿化效果.     

低温等离子体结合锰基催化剂去除乙酸乙酯的研究

利用固态法和溶胶-凝胶法分别制备了钙钛矿（LaMnO₃）和八面体分子筛（OMS）两种锰基催化剂,在不同工况（输入电压、初始浓度、停留时间和催化剂放置量）条件下考察了等离子体催化对乙酸乙酯的降解特性.结果发现,锰基催化剂的加入显著提高了乙酸乙酯的去除率,减少了副产物的生成,并且OMS的催化活性高于LaMnO₃;此外,乙酸乙酯去除率随着电压的升高而增加,随着污染物初始浓度的增大而减少,并随停留时间的增长而变大;催化剂放置量为0.2 g时催化效果最佳.OMS催化剂在等离子体催化长期运行过程中表现出较好的稳定性.基于X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、比表面积测试（BET）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对锰基催化剂物理化学性质的分析表明,OMS具有较高的催化活性主要归功于其拥有更高比例的Mn⁴⁺/（Mn³⁺+Mn⁴⁺）和吸附氧（O_ads）/晶格氧（O_latt）.     

VOx-MoOx/TiO2催化剂低温催化降解一氯苯及二英的研究

垃圾焚烧过程中会产生大量氯苯等氯代挥发性有机污染物(CVOCs)和二噁英等持久性有机污染物(POPs). CVOCs的排放会导致光化学烟雾和温室效应的产生,而二噁英能在土壤中长期附存,具有人体致癌和致畸变等严重危害. 催化降解技术具有显著优势,能将二噁英等有机污染物彻底破坏分解,最终将其转化为CO₂、H₂O和HCl等产物. 基于钒基催化剂VO_x/TiO₂的过渡金属氧化物催化剂已被广泛应用于烟气CVOCs和二噁英处理领域. 钒基氧化物VO_x中的V=O基团对二噁英起到亲核吸附的作用,在钒基氧化物上添加第二活性组分钼氧化物MoO_x可以提高催化剂的催化活性. 本文采用湿法浸渍的方法制备出用于催化降解含氯污染物的粉体钒钼钛VO_x-MoO_x/TiO₂催化剂,并分析其合成方法、催化表征和性能测试结果,讨论反应温度对一氯苯及二噁英催化率影响的机理,旨在为开发二噁英催化技术提供参考. 结果表明:VO_x-MoO_x/TiO₂催化剂表面催化活性位点较多,活性组分分散良好,起始还原温度较低,活性氧含量较多,比表面积较大,颗粒团聚较轻,具有优良的催化特性. 通过系列实验筛选出合适的催化剂组分比例为5%VO_x-5%MoO_x/TiO₂(记作“V5-Mo5-Ti”,即VO_x和MoO_x的质量分数各占5%,TiO₂的质量分数占90%),在150 ℃低温下其对一氯苯和二噁英的催化效果优异. V5-Mo5-Ti催化剂对一氯苯的低温转化率随原始稳定浓度和空速比的升高而降低. 在一氯苯初始浓度为150×10?6、空速比为10 000 h?1时,V5-Mo5-Ti催化剂在150 ℃下对一氯苯的转化率为54.0%,在300 ℃时接近100%. 在150 ℃的低温环境中,该催化剂对二噁英催化脱除率在86%以上,催化降解率在74%以上. 研究显示,VO_x-MoO_x/TiO₂催化剂对二噁英的催化脱除率和降解率随温度的升高而提高,主要归因于升温加快了V₂O₅中V5+和V4+元素以及MoO₃中Mo6+和Mo4+元素的催化氧化循环速率.      

氮掺杂生物炭催化臭氧对于布洛芬的降解特性与机制

系统研究了新型氮掺杂生物炭材料(N-C)催化臭氧对于水中布洛芬(IBP)的氧化降解效能及机制,并深入探究了初始pH、臭氧投加量、催化剂投加量、不同阴离子和背景水质条件对IBP降解效率的影响.结果 表明,相较于一些常见的碳基催化剂(g-C3N4、生物炭、颗粒活性炭)及金属催化剂(MnO2、Fe3O4),N-C催化臭氧体系...     

铁铜催化剂非均相Fenton降解苯酚及机制研究

通过浸渍法制备了负载于活性炭(AC)上的金属催化剂Fe/AC、Cu/AC和Fe-Cu/AC,并通过X射线衍射(XRD)、物理吸附仪及X射线光电子能谱(XPS)对其进行了表征.研究了非均相Fenton反应催化H2O2降解苯酚废水的工艺参数,并通过中间产物分析和电子自旋共振谱(ESR)探讨了过程反应机制.实验表明,Cu/AC催化剂中铜主要以CuO形式存在,Fe/AC中铁以多价态形式存在,以无定形形态分散于活性炭中.Fe/AC、Cu/AC和Fe-Cu/AC催化过氧化氢降解苯酚60 min内降解率分别达到96.7%、77.5%和99%;Cu/AC和Fe-Cu/AC催化剂中活性组分铜和铁有一定溶出,而Fe/AC中活性组分铁溶出很少,苯酚降解主要是以非均相催化为主,同时在三轮循环实验后的苯酚降解率仍然高达93%以上,显示了良好的催化稳定性.在优化条件pH=3、T=303 K及初始H2O2为4.38 mmol.L-1下,Fe/AC催化过氧化氢对苯酚和TOC去除率分别达到97%和53%,没有催化剂时苯酚几乎不降解.ESR结果表明Fe/AC催化过氧化氢产生了羟基自由基,证明苯酚降解是以羟基自由基氧化为主;通过高效液相色谱(HPLC)检测苯酚降解中间产物主要有邻苯二酚、对苯二酚和对苯醌,推测苯酚降解途径主要为邻位和对位的羟基取代反应.