多孔TiO2空心球降解挥发性有机物的性能

为实现挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)的高效吸附-矿化,本研究以SiO_2为模板、十二胺为成孔剂制备了不同壁厚的多孔TiO_2空心球,并以相同壁厚的SiO_2@TiO_2实心核壳材料做对比研究空心结构的光学和反应特性.采用透射电镜、氮气等温吸附-脱附、X射线衍射、紫外-可见吸收光谱、表面光电压谱等手段表征材料物化结构,以甲苯为VOCs的代表进行光催化降解实验.结果表明,多孔空心TiO_2的比表面积和吸附性能均优于实心TiO_2.同时,空心腔体显著提高了光吸收率和载流子分离效率.当壁厚为27 nm时空心材料对甲苯的降解速率和矿化效率分别达到了1.14 mg·m~(-3)·min~(-1)和81.3%,是相同壁厚条件下实心材料的2.15倍和2.31倍.     

MoO3/TiO2纳米管的制备及其光催化降解多环芳烃的机制

本研究将热分解法制备的MoO_3与水热法制备的TiO_2纳米管复合,得到具有高太阳光催化活性的MoO_3/TiO_2纳米管异质结催化剂.研究中以芘为模型多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs),探究了MoO_3/TiO_2纳米管模拟在太阳光下催化降解PAHs的效果及效率提升的机制.结果表明,MoO_3和TiO_2纳米管间形成的p-n异质结结构,降低了材料的能带间隙而获得更高的可见光利用效率,并有效促进了电子和空穴的分离,从而提高了复合材料的光催化活性.1%MoO_3/TiO_2纳米管催化降解芘速率(k)较MoO_3和TiO_2(锐钛矿)分别提升了5.3倍和1.5倍.催化体系中产生的·OH和光生空穴在芘的降解中起主要作用.     

双功能单体改进二维共价有机框架材料的光催化析氢性能

本研究报道了一种新的三组分合成策略,可以用来提高二维共价有机框架材料(covalent organic frameworks,COFs)的光催化析氢活性.4-氨基苯甲醛(4-aminobenzaldehyde,AB A)既含有氨基又含有醛基,可以作为连接单元和调节剂改变COFs的晶体结构、提高其比表面积和改善晶型.光催化析氢实验表明,COFs骨架中ABA的共价整合,使三组分COFs的光催化析氢效率显著高于不含ABA的双组分COFs催化剂,其中Tp-ABA_x-TAPB COF光催化析氢速率比Tp-TAPB提升了14.3倍.机理研究表明,ABA结构有效调节了材料的光学带隙大小,增强了COFs光生载流子的分离和迁移效率.     

甲壳素复合石墨相氮化碳的制备及光催化杀菌性能

本文采用水热法制备了甲壳素(Chitin)和石墨相氮化碳(g-C_3N_4)复合材料Chitin-CN,并采用XRD、SEM、XPS、光电流及阻抗分析等手段对其进行物化特性分析.与g-C_3N_4相比,Chitin-CN复合材料的光生电子-空穴对的分离效率较高,甲壳素(Chitin)含量为0.2 g的Chitin-CN材料在模拟太阳光照射下对大肠杆菌K-12表现出最佳的光催化杀菌效率,在2 h内可完全杀死6.5 lg cfu·mL~(-1)的大肠杆菌K-12.Chitin-CN的破碎结构暴露了更多的活性位点,甲壳素的加入提高了光生载流子的分离率,从而促进了复合材料光催化杀菌的性能.捕获实验表明超氧自由基(·O~-_2)和空穴(h~+)是Chitin-CN作用于大肠杆菌K-12的主要活性物种.     

核-壳结构N(x)-TiO_2@C的制备和表面TiO_2晶相调控及可见光催化降解孔雀石绿研究

以C球为核,钛酸四丁酯和四氯化钛为钛源,不同含量尿素为氮源,通过水热法将不同N掺杂量的TiO_2包裹在C球表面.通过控制焙烧条件,调控包在C球表面的TiO_2的晶型.X射线衍射(XRD)表明,随着焙烧温度的提高,可调控TiO_2的晶型由板钛矿/锐钛矿混晶到锐钛矿/金红石混晶最后得到单一金红石相TiO_2;X射线光电子能谱(XPS)表明,N掺杂进入了TiO_2的晶格内.可见光催化降解孔雀石绿研究表明,制备过程加入1 g尿素,煅烧温度为550℃的样品N(1)-TiO_2@C-550℃,其结构为锐钛矿/金红石混晶型,可见光催化效果最好,2 h催化效率达到75%,相比P25提高了11倍.对其可见光催化降解孔雀石绿过程中活性氧物种的捕获可知,·O-2和·OH参与了反应,其中·OH起在光催化过程中占主要作用.     

北京城区夏冬两季VOCs时间变化和光化学特征的质子转移反应飞行时间质谱(PTR-TOF-MS)观测

为增进对北京地区不同季节大气挥发性有机物(VOCs)变化特征的认识,利用高时间分辨率质子迁移反应-飞行时间质谱(PTR-TOF-MS)于2016年在北京城区开展了VOCs(甲醛、乙醛、丙酮、异戊二烯、苯、甲苯和8碳芳香烃)夏季(6月8日—20日)和冬季(11月22日—12月10日)的连续观测.VOCs体积分数(浓度)的均值为(夏季/冬季,×10~(-9)):甲醛(8.56/24.58)、乙醛(3.95/7.57)、丙酮(5.06/3.50)、异戊二烯(0.66/0.52)、苯(0.53/1.78)、甲苯(1.03/2.54)、8碳芳香烃(1.34/3.42).受大气扩散条件的影响,夏冬两季大部分VOCs浓度波动趋势相近,仅异戊二烯在夏季拥有明显的白天浓度高于夜间的时间序列,其白天的高浓度与植被排放较强有关.由日变化可见:冬季,所有VOCs在中午浓度处于全天较低水平,在早高峰期间VOCs浓度上升明显;夏季,甲醛、乙醛和丙酮等3种含氧VOCs(OVOCs)在中午有短暂的浓度峰值,这与它们光化学二次生成加快有关.由VOC与苯浓度比值的日变化可知:冬季与夏季类似,中午前后3种OVOCs(甲醛、乙醛和丙酮)的光化学生成以及甲苯和8碳芳香烃的光化学消耗都会增强,只是冬季增强的程度明显弱于夏季;在夏冬两季,甲醛中午的光化学生成速率均强于乙醛和丙酮.8碳芳香烃光化学消耗速率大于甲苯的速率仅出现在夏季;异戊二烯在冬季白天不存在植被排放增强的现象,但有光化学消耗加快的特征;夏季北京城区VOCs以机动车排放影响为主,而冬季VOCs还可能来自于燃煤排放.     

C_(60)在模拟气溶胶中的光降解实验与理论计算

燃烧及碳纳米材料的生产和处置过程中,均有可能产生富勒烯(C_(60))等纳米颗粒物.这些纳米颗粒物进入大气后,主要存在于气溶胶中.由于本身的共轭结构C_(60)可以吸收紫外可见光发生光氧化转化,研究C_(60)在气溶胶中的光转化对于评价其环境归趋具有重要意义.本研究以环己烷、甲苯和二氯甲烷等溶剂模拟气溶胶表面液体层,采用模拟日光实验和密度泛函理论(DFT)计算研究了C_(60)在3种溶剂中的光化学转化.实验结果表明,C_(60)在环己烷、甲苯和二氯甲烷中的光降解符合准一级动力学,光解速率常数分别为(0.80±0.01)×10~(-3)、(3.80±0.02)×10~(-3)、(14.80±0.20)×10~(-3)min~(-1).DFT计算结果表明,C_(60)在3种溶剂中均可以通过光致产生1O_2发生氧化反应.然而,仅在二氯甲烷中C_(60)可以通过电子转移生成O_2~(·-)来促进C_(60)的光转化.甲苯溶剂中激发态甲苯分子可以敏化C_(60)产生C·-60从而加快C_(60)的降解.理论计算结果有助于解释实验中C_(60)在二氯甲烷中光解速率最快,在甲苯中光解速率比在环己烷中快的现象.     

煤矸石热处理过程中汞的释放行为

选取山西省的3种典型煤矸石,利用固定床反应装置研究了该3种煤矸石中汞的释放行为.考察了温度(150—1000℃)、气氛(N_2、3%O_2、CO_2)、氧气体积分数(3%、9%、15%、21%)对煤矸石中汞释放行为的影响.结果表明,温度是影响煤矸石中汞释放的主要因素,汞的主要释放温区为200—600℃,600℃时汞在不同热工况条件下的释放率均约为92%;汞在释放温区内呈现两个主要的释放强度峰,分别位于200—400℃,400—600℃区间,且3种煤矸石中汞均在中温区(400—600℃)呈现的峰于500℃附近达到最强释放;微氧气氛促进了汞的释放;二氧化碳气氛抑制了低温区(200—400℃)汞的释放,促进了中温区(400—600℃)汞的释放;随着氧气体积分数的增大,汞与挥发份的释放能力依次增强.     

TiO2固定薄膜光催化剂的制备与表征

以钛板为基材,制备TiO2固定薄膜光催化剂.X射线衍射法表征结果表明,TiO2半导体光催化剂主要呈锐钛矿晶型,平均晶粒尺度为35.7nm.电子扫描显微镜法表征结果显示,光催化剂表面形态均匀、致密,TiO2与Ti板结合紧密、牢固.电化学法表征结果显示,光催化剂为n型半导体,外加电场将极大地促进光生电子和空穴的分离,有利于光催化氧化技术效率的提高.苯甲酰胺降解试验表明,外加电场对光催化氧化技术具有较强的辅助作用,电助光催化氧化技术的处理效率远远高于光催化氧化技术,当施加的电极电位为-0.05V(SCE)时,苯甲酰胺在120min时的去除率可达95%.     

挥发性有机物与阳离子表面活性剂溶液间气液平衡关系

研究了挥发性化合物(VOCs)甲苯与典型阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)溶液间气液平衡关系.结果表明,CTMAB对甲苯气液平衡影响显著,可明显降低甲苯表观亨利系数(Hc以),抑制甲苯挥发;Hc随CTMAB浓度的增加而降低,CTMAB浓度XCMC时,亨利系数随X降低较快,抑制甲苯挥发能力较强.推导并验证了Hc与X之间定量关系式:Hc=H/(1+K(X-CMC)),Hc计算值与实验值间相关系数R=0.91.温度对Hc影响显著,Hc随温度(T)的升高而增大,Hc与1/r呈线性关系.     

Ti~(3+)自掺杂TiO_2纳米管/g-C_3N_4复合材料的制备及可见光催化性能

以低温退火制得的TiO_2纳米管和三聚氰胺为原料,经过一步煅烧制备Ti~(3+)自掺杂TiO_2纳米管/g-C_3N_4复合材料.采用热重分析(TGA)、X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对Ti~(3+)自掺杂TiO_2纳米管/g-C_3N_4复合材料的热稳定性、组成、结晶性、形貌、化学价态和光学性能等进行了表征.结果表明,将H_2Ti_3O_7预处理后再与三聚氰胺混合热处理,产物是Ti~(3+)自掺杂TiO_2纳米管/g-C_3N_4复合材料,而未经预处理的H_2Ti_3O_7与三聚氰胺混合后热处理得到的是Ti~(3+)自掺杂TiO_2纳米颗粒/g-C_3N_4复合材料.罗丹明B((RhB)水溶液为模拟废水,以300 W氙灯(λ420 nm)为光源,研究了所得产物的可见光催化降解性能.结果表明,与纯的TiO_2和g-C_3N_4相比,Ti~(3+)自掺杂TiO_2纳米管/g-C_3N_4复合材料具有最佳的光催化降解性能,光催化降解80 min时,对RhB的降解率达98.4%.这得益于Ti~(3+)及TiO_(2-x)纳米管与g-C_3N_4构筑的异质结提高了材料对可见光的响应性能,加快了光生电子的传输和分离,降低了电子和空穴的复合几率.     

钾盐沉积V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂的制备及再生

采用浸渍法制备钾盐沉积V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂,利用BET、FESEM、XRD和激光拉曼对催化剂进行表征.通过分析催化剂活性与理化性质,来考察钾盐沉积对V_2O_5-WO_3/TiO_2SCR催化剂脱硝活性的影响.考察了中毒前后、不同的再生方法和测试时间对氨气选择性催化还原NO的影响.结果表明,钾盐沉积的V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂随着钾盐溶液浓度的增加中毒能力越强.不同的再生方法使得钾盐沉积V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂的脱硝活性均有不同程度的提高.整体来说,水洗酸洗加钒的再生催化剂脱硝效率可以恢复到98%、99%左右.     

可见光响应PANI/TiO_2和PoPD/TiO_2纳米材料的氧化机制及协同-光敏化作用

利用原位氧化聚合法制备pdyaniline(PANI)/TiO_2和poly-o-phenylenediamine(PoPD)/TiO_2纳米材料,通过XRD、元素分析、UV-Vis DRS和循环伏安曲线等方式进行表征,以亚甲基蓝为模拟污染物,考察p H值以及导电聚合物/TiO_2浓度对光催化效果的影响,通过捕捉实验判定不同活性物种在光催化过程中的贡献.结果表明,PANI和Po PD没有改变TiO_2的粒径和物相,PANI/TiO_2、Po PD/TiO_2和TiO_2的禁带宽度分别为2.82 e V、2.89 e V和3.09 e V;溶液p H值越高,导电聚合物/TiO_2纳米材料的光催化活性越高;PANI/TiO_2和Po PD/TiO_2纳米材料浓度在光催化降解过程中存在的最佳值分别为1 g·L-1和1.5 g·L-1,PANI/TiO_2和Po PD/TiO_2纳米材料光催化过程中活性氧物种的贡献顺序分别为·OHh+·O-2,·OH≈h+·O-2.重复利用实验结果表明制备的PANI/TiO_2和Po PD/TiO_2纳米材料具有良好的光催化稳定性.导电聚合物和TiO_2之间的协同-光敏化作用是CPs/TiO_2纳米材料光催化活性得到提高的主要原因.     

玉米培养物中T—2毒素的分离提取

本文研究了玉米培养物中T-2毒素的分离提取条件及T-2毒素在不同展开剂下的薄层色谱行为.建立了从发霉玉米中分离提取T-2毒素的方法,其中包括乙腈浸泡、石油醚去酯及甲苯-正丁醇(9:1)硅胶桂层析分离提纯T-2毒素.     

微波水热法制备ZnO-还原氧化石墨烯纳米复合材料及其光催化性能

通过快速沉淀-NaBH_4微波水热还原制备了ZnO-还原氧化石墨烯(RGO)纳米复合物.采用X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱(Raman)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和光致发光(PL)等测试手段对复合光催化剂进行表征.结果表明,复合材料中的氧化锌为六方晶系纤锌矿结构,并均匀覆盖在RGO表面上,其直径大约为15—20 nm.ZnO-RGO复合材料的光催化性能明显优于氧化锌,为纯ZnO的2.5倍.光催化性能提高可能归因于RGO优良的电子传输能力加速了ZnO-RGO纳米材料光生载流子的分离效率.     

气体扩散电极体系的电化学消毒

以自制活性炭/聚四氟乙烯(PTFE)气体扩散电极在无隔膜体系发生H2O2进行电化学消毒的系统研究,探讨了膜电极中PTFE质量分数WPTFE对氧气电还原特性的影响,研究了膜电极中载铂量WPt和造孔剂含量WNH4HCO3、外部操作条件pH值、氧气流速、溶液含盐量和电流密度对杀菌效率的影响.结果表明,WPTFE对H2O2的产率有明显的影响:产H2O2的峰电流先是随着WPTFE的增加而增大,然后减小.当WPTFE=50%时,峰电流最高.杀菌效果随着载铂量的提高而改善,WPt增加到4‰,杀菌效果和WPt=3‰时的杀菌效果基本相当.适量造孔剂的添加有效地改善了杀菌效果.杀菌效率随着pH值的下降迅速提高;该体系pH值适用范围较广:当原水细菌总数为106cfu.ml-1,pH=3—10,以载铂量WPt=3‰的气体扩散电极作为阴极进行电解,30 min后杀菌效率均能达到80%以上.在一定范围内增加氧气流速对H2O2的产生及杀菌效率的变化无太大影响.一方面,高的氧气流速增大了水的电阻,增加了杀菌能耗,提高了气体扩散电极体系杀菌的运行成本;另一方面,高的氧气流速在一定程度上缩短了处理时间,降低了设备投资.含盐量的增加使杀菌能耗减小,因此本电化学杀菌体系更加适合于高含盐量的水.杀菌效率随电流的升高而增加,但电流较大时,杀菌效率增加幅度较小.电流密度控制在6.6 mA.cm-2较为适宜.     

板材家具VOCs溯源分析及健康风险评价

室内家具产品释放的挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)对人类健康的影响越来越引起人们的关注,而专门针对室内板材家具产品释放的的VOCs进行来源及健康风险方面的研究较少。文章首次采用15 m~3环境测试舱模拟两种不同板材家具产品在实际居住环境中VOCs的释放水平,对采集的VOCs样品采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对板材家具产品及其原辅料释放的VOCs进行了高通量同步筛查研究、溯源分析和风险评估。结果表明:板材家具A释放VOCs主要以芳香烃为主,占比为77.24%,主要单体组分为邻二甲苯、对二甲苯、乙苯、环己烷和异丁醇,其中,邻二甲苯的含量最高,占比达到42.45%;板材家具B释放VOCs主要以烷烃类和芳香烃类为主,占比分别为48.46%和40.41%,正庚烷、邻二甲苯、间/对二甲苯、环己烷和异丁醇含量较高,其中,正庚烷的含量最高为40.25%。由板材家具A样品的溯源分析可知,板材家具产品释放的VOCs受面漆、底漆、稀释剂和固化剂的影响较大,尤其是稀释剂和底漆VOCs释放贡献最大。健康风险评价发现两种板材家具中释放的乙苯、四氯乙烯和三氯甲烷均存在一定的致癌风险,且乙苯的致癌风险高出EPA标准1—2个数量级;间/对二甲苯在两种板材家具中均存在非致癌风险,成年男性的致癌风险值和非致癌风险值均稍高于成年女性,儿童的致癌风险值和非致癌风险值均高于成年人和老年人,因此,从致癌和非致癌风险角度,应从源头管控板材家具生产过程原辅料尤其是稀释剂、底漆和固化剂中乙苯、邻二甲苯的含量,从而减少对人体健康的危害。     

餐厨垃圾生物处理过程中VOCs的产生与控制研究进展

餐厨垃圾生物处理包括好氧堆肥、厌氧消化及卫生填埋等方式,在处理过程中产生的大量挥发性有机物(VOCs)造成二次污染,对环境和人体健康均造成危害.为促进对餐厨垃圾生物处理过程中VOCs的控制,对其产生机理、排放特征及控制方法方面进行综述.已有研究表明:餐厨垃圾生物处理过程产生VOCs可达100种以上.好氧堆肥、厌氧消化、卫生填埋可产生总VOC量分别为57.40-12 736.72 mg/kg、25.98-29.19 mg/m~3和106.20-1 103.70 mg/m~3,且VOCs组成成分复杂,种类与气体量受处理季节、处理时间、处理技术等因素影响较大.当前的VOCs控制技术包括吸附净化、生物净化、热力燃烧等.吸附净化装置简单、成本低但热稳定性差、吸附容量较小;热力燃烧适用于厌氧消化产生的小气体量VOCs,但存在着能耗高、局限性大等缺点.相较于其他控制方法,生物净化具有适用范围广、能耗低、二次污染小、去除效率高等优点,可作为餐厨垃圾生物处理过程中VOCs的主要控制方法.提出未来将餐厨垃圾生物处理过程VOCs产生的微生物机理研究,优化控制技术参数,提高总体去除效率作为重点研究与技术突破方向.(图2表2参76)     

济南市典型区夏季VOCs分布特征及臭氧生成机制

基于2020年6—8月济南市石化区、市区和南部山区VOCs以及臭氧和气态污染物等在线监测数据,结合气象因素分析了各典型区夏季VOCs污染特征,并通过计算臭氧生成潜势(OFP)和MCM模型模拟分析了不同区域不同污染等级VOCs对臭氧生成的影响,采用PMF模型对市区夏季VOCs进行了来源解析研究.结果表明,石化区VOCs浓度(158.29μg·m^-3)明显高于市区(47.71μg·m^-3)和南部山区(24.65μg·m^-3),VOCs中均以烷烃占比最大,其次为芳香烃,3个区域VOCs浓度均随污染等级升高而升高;不同污染等级下均为石化区OFP(743.7—1474.9μg·m^-3)大于市区(156.9—378.1μg·m^-3)和南部山区(113.4—168.7μg·m^-3),3个区域均是芳香烃OFP占比最大,其次为烯烃,说明芳香烃和烯烃类VOCs对臭氧生成的贡献最大,其中OFP贡献最大的单体为间/对-二甲苯;MCM模拟结果表明石化区O₃净生...     

P掺杂TiO_2纳米管的制备及其对光催化甘油水溶液制氢性能的影响

以P掺杂的TiO2纳米颗粒为前驱体,采用水热合成法制备了系列P掺杂的TiO2纳米管.用N2吸附-脱附、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱(Raman)、紫外可见漫反射(UV-Vis DRS)等方法对光催化材料的表面形貌、颗粒尺寸、孔结构、表面构造、吸光性能进行了分析.研究结果表明,所制备的各样品均为两端开口的纳米管形貌,管长为几十纳米到几百纳米,管外径约10 nm,内径约4 nm,管壁为多层;P掺杂后的系列TiO2纳米管仍保持锐钛矿晶型;掺杂的P可以进入到TiO2的骨架中,并形成P—O—Ti键,在TiO2禁带内引入杂质能级,降低了禁带能量,提高了TiO2的吸光性能及光生电子和空穴的分离性能.光催化甘油水溶液制氢活性评价表明,P掺杂的TiO2纳米管表现出了远高于纯TiO2管以及相同掺杂量的纳米颗粒的光催化制氢性能,2%P掺杂的样品在紫外灯和氙灯辐射下,其最高产氢速率可分别达1850μmol·(h·g)-1和335μmol·(h·g)-1.P掺杂TiO2样品光催化活性的提高与其禁带能量降低以及光生电子和空穴的分离性能增加有关.