VOCs诱导TiO_2光生载流子的分离

气体分子直接影响光生载流子的分离行为,进而影响光催化降解挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)的效率.本研究以甲苯、环己烷和甲基环己烷为VOCs代表,采用气氛表面光电压谱仪研究VOCs和氧气-VOCs气氛条件下锐钛矿TiO_2光生载流子的传输行为.实验结果表明:VOCs可增强锐钛矿TiO_2可见光区域光生载流子的分离,其中甲苯的增强作用显著强于环己烷和甲基环己烷.3种VOCs对带带跃迁光生载流子分离效率的影响均不显著,但与氧气共存则均能显著提高光生载流子的分离效率,提高的趋势为:甲苯甲基环己烷环己烷.     

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.     

甘氨酸改性TiO_2材料的合成及其对染料的吸附性能

本文以钛酸异丙酯为钛源,以甘氨酸(gly)为改性材料,通过水解法在比较温和的条件下合成了二氧化钛(TiO_2-gly)吸附剂,同时以亚甲基蓝(MB)和酸性红G (ARG)两种染料为处理对象,考察了合成的TiO_2的吸附性能,并将之与P25材料进行对比.结果表明,经过甘氨酸改性的TiO_2吸附剂的比表面积大幅提升到354.2 m2·g~(-1);改性TiO_2对亚甲基蓝(100 mg·L-1)和酸性红G (100 mg·L-1)两种染料的吸附能力得到较大提高,最大吸附量分别为49.25 mg·g~(-1)和43.98 mg·g~(-1),远高于P25对二者的吸附容量(分别为28.24 mg·g~(-1)和16.40 mg·g~(-1)); P25的吸附主要受物理吸附作用控制,而改性TiO_2吸附剂20 min即可达到吸附平衡,并展现出准二级动力学和Langmuir吸附等温线特性,这表明吸附剂与染料分子之间主要为化学吸附.另外,通过吸附影响因素实验发现通过延长吸附时间、控制p H都能提高该吸附剂的吸附性能,而改性TiO_2-gly吸附剂经过5次再生循环实验后仍展现出较好的吸附性能.     

Fe-ZSM-5协同真空紫外和过硫酸盐催化氧化甲苯的强化工艺与机制

近年来,真空紫外(VUV)协同过硫酸盐的高级氧化工艺已被逐渐开发用于处理低浓度挥发性有机污染物(VOCs).然而,如何根据VUV及PMS的特性选择合适的催化剂从而提高工业低浓度苯系VOCs的降解和矿化效率成为当前的挑战.因此,本研究从改性ZSM-5的酸性入手,通过浸渍湿法成功制备了Fe-ZSM-5催化剂.利用Fe-ZSM-5耦合真空紫外和过硫酸盐的高级氧化体系在湿法条件下降解低浓度甲苯污染物,并对其催化性能和降解机制进行了探讨.结果表明,VUV+PMS+Fe-ZSM-5体系在240 min内仍能保持接近100.0%的甲苯去除率,矿化率高达67.0%.采用氨程序升温脱附(NH₃-TPD)和吡啶红外(Py-FTIR)等表征对样品酸类型和酸量进行定性和定量分析,结果表明Fe改性减少了ZSM-5催化剂Br?nsted酸的量,而显著增加了Lewis酸的量,有利于提高反应的活性和稳定性.电子顺磁共振谱(EPR)结果表明,在VUV+PMS+Fe-ZSM-5体系下,硫酸根自由基(SO₄^·-)和羟基自由基(·OH)作为主要活性物种参与了甲...     

氨及其氧化产物对TiO_2/ACF光催化降解甲苯的影响

利用自制的复合材料二氧化钛/活性炭纤维(TiO2/ACF)和自行设计的环境模拟舱,对吸附在TiO2/ACF上的甲苯和氨进行了光催化降解研究。重点考察了氨及其氧化产物对甲苯光催化降解的影响。结果表明,在254 nm紫外灯照射下,氨与甲苯产生竞争光催化降解效应,甲苯光催化降解效率降低;NO2-和NO3-是氨光催化氧化产物,NO2-进一步氧化抑制甲苯降解,而NO3-的存在对甲苯降解没有明显影响;氨及其氧化产物均未导致催化剂失活。     

邻苯二甲酸二甲酯分子印迹聚合物修饰TiO_2纳米线的制备及环境监测应用

本文以γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)修饰的TiO_2纳米线为载体,邻苯二甲酸二甲酯(DMP)为模板分子,甲基丙烯酸(MAA)为功能单体,三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TRIM)为交联剂,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,乙腈-甲苯(3∶1,V/V)为溶剂,采用沉淀聚合的方式制备DMP表面分子印迹材料.紫外光谱法、核磁共振和分子模拟表明MAA与DMP通过氢键以2∶1结合.采用红外光谱仪、透射电子显微镜、热重分析仪、粒度分析仪表征了材料的特性,采用聚合物吸附热力学、吸附动力学和吸附特异性表征了材料的吸附性能.该材料制备成固相萃取柱后能应用于环境土壤中DMP的测定.     

不同形貌的TiO_2材料对五氯苯的热降解

采用溶剂热法、均匀共沉淀法和溶胶-水热法分别制备出3种不同形貌的二氧化钛催化剂.采用X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱仪(EDX)和场发射扫描电子显微镜(SEM)对催化剂的晶型结构和微观形貌进行分析.以五氯苯为模型污染物,分别在300℃、350℃、400℃条件下对3种不同形貌材料的催化活性进行评价.结果表明,3种材料的活性强弱顺序为:均匀共沉淀法所制TiO_2溶胶-水热法所制TiO_2溶剂热法所制TiO_2.均匀共沉淀法所制TiO_2在反应温度350℃、反应时间60 min的条件下对五氯苯的降解效率已经达到99.8%.通过GC-MS对五氯苯的降解产物进行分析,检测到有四氯苯、三氯苯和二氯苯等生成,表明降解反应有加氢脱氯过程发生.五氯苯加氢脱氯降解路径为:Pe CB→1,2,4,5/1,2,3,5/1,2,3,4-Te CB→1,2,4/1,2,3-TrCB→DCB.     

改性多孔碳微球的制备及去除水中四溴双酚A的性能

为提高多孔碳微球对TBBPA的去除性能,采用氮掺杂、H₂O₂氧化和球磨对多孔碳微球进行表面改性,运用比表面积及孔隙度分析仪、傅里叶红外光谱（FT-IR）和X射线衍射仪（XPS）等方法表征改性前后多孔碳微球形貌、孔隙特征、官能团种类及含量和热稳定性等变化情况,通过吸附实验确定多孔碳微球的最佳改性方法,并探究吸附机理.结果表明,多孔碳微球、C-N、C-H₂O₂和C-球磨对TBBPA的最大吸附量分别为36.6、 43.1、 47.4、 58.35 mg·g^-1.吸附过程符合准二级动力学模型,Langmuir模型能够更好的描述多孔碳微球对TBBPA的吸附过程,主要为单分子层均匀化学吸附.其中C-球磨对TBBPA的吸附性能最佳,最大吸附量和吸附速率分别提高了1.6倍和2.9倍;球磨改性极大提高了碳材料的比表面积和含氧官能团,增加了吸附污染物的活性位点,强化了氢键和π-π电子供受体作用,且受pH和腐殖酸（HA）的影响较小,拓宽了环境适用范围.本研究以期为廉价碳材料去除有机污染物性能提供理论...     

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.     

水体中常见无机阴离子对TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的影响

选择了5种水体中常见的阴离子(Cl~-,SO_4~(2-),HCO_3~-,NO_3~-以及HPO_4~(2-)/H_2P_4~-),分别考察了其对TiO_2薄膜光催化还原模拟Cr(Ⅵ)废水的影响.从上述离子的光吸收,对·OH的捕获作用以及与Cr(Ⅵ)的竞争吸附三个方面讨论了上述离子影响TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)速率的原因.结果表明,体系酸性越强,越有利于Cr(Ⅵ)的还原;在pH值约为6时,HCO_3~-,Cl~-和SO_4~(2-)对TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)具有促进作用,NO_3~-具有抑制作用,H_2PO_4~-/HPO_4~(2-)在低浓度时具有促进作用,而在高浓度时具有抑制作用.造成上述结果的主要原因是Cl~-,SO_4~(2-)和HCO_3~-具有较强的·OH捕获作用和在TiO_2表面较低的吸附能力;H_2PO_4~-/HPO_4~(2-)在TiO_2表面具有较强的吸附能力;NO_3~-对紫外光吸收作用降低了TiO_2表面的紫外光强度以及自身光化学反应产生了·OH.     

南京市典型交通区与背景区春季大气中VOCs的污染水平与日变化趋势

于2014年春季使用Tedlar气袋采集南京市典型交通区与背景区的大气样品,参照美国EPA TO-15方法共检出30种挥发性有机物(VOCs)组分,研究了典型区域的VOCs污染特征与日变化趋势。结果表明,交通区ρ(VOCs)范围为122.58!236.97μg·m-3,平均值为(149.31±36.70)μg·m-3;背景区ρ(VOCs)范围为27.24!54.68μg·m-3,平均值为(43.29±10.53)μg·m-3。从污染物类型来看,烯烃、芳烃、卤代烃和酯类化合物是空气中的主要污染物。交通区空气中VOCs以苯系物为主,质量浓度范围为18.72!41.28μg·m-3,平均值为(25.39±7.63)μg·m-3,苯系物浓度日变化高峰出现在9:00、12:00和18:00,与道路车流量密切相关;而背景区苯系物浓度偏低,且无明显的变化趋势。对交通区苯系物各组分进行主成分分析发现,苯、乙苯、对,间-二甲苯、邻-二甲苯、4-乙基甲苯、1,3,5-三甲苯和1,2,4-三甲苯是主要的贡献因子,汽车尾气是交通区苯系物污染的主要来源。     

TiO_2纳米管电极光电催化降解四环素

采用电化学阳极氧化的方法,分别以HF酸水溶液和含NH_4F的丙三醇溶液为电解液,制备出高度有序的TiO_2纳米管电极.扫描电镜结果表明,TiO_2纳米管生长形貌良好,其中有机电解质溶液中制备的TiO_2纳米管管长为3μm,而水溶液中制备的TiO_2纳米管长度仅为300 nm.TiO_2纳米管电极经450℃热处理后,表现出明显的锐钛型结构.两种TiO_2纳米管电极均具有较好的光电催化活性,在偏压为4 V时,光电流分别为1.37 m A·cm~(-2)和0.83 m A·cm-2,其中管长3μm电极在180 min内对50 mg·L~(-1)四环素TOC的去除效果约为93%.该电极具有较高的稳定性,重复使用5次,光电催化过程对四环素废水均具有较高的降解效果.在180 min内,四环素的降解率均保持在92%±1%,可重复使用.     

介孔yolk-shell型Co_3O_4@mSiO_2纳米反应器降解水中的苯酚

本文分别采用双溶液注射法和选择性刻蚀法合成了单核和多核两种介孔yolk-shell型Co_3O_4@mSiO_2(介孔Si O2)纳米反应器.并对比了两种纳米反应器和纳米Co_3O_4颗粒催化过一硫酸氢钾(KHSO_5)去除水中苯酚的效果.结果显示,两种纳米反应器催化KHSO_5降解苯酚的效率在相同反应条件下分别比纳米Co_3O_4颗粒提高18.8%和26.7%,说明多核型纳米反应器催化性能更好.进一步研究pH值、KHSO_5与苯酚物质的量之比n_(KHSO_5)∶n_(C_6H_6O)和材料投加量m_(cata)对苯酚降解的影响,发现多核型纳米反应器的最佳反应条件为pH=7,n_(KHSO_5)∶n_(C_6H_6O)=10∶1,m_(cata)=0.8 g·L~(-1).最后,结合催化活性和吸附实验,以及XRD、XPS、STEM、BET等手段,分析了纳米反应器的形貌、结构、元素形态和比表面积,并推断反应机理.结果显示,纳米反应器的主体结构为均匀分散的SiO_2中空微球,粒径约为300 nm,表面布满介孔,并拥有极大的比表面积,能有效吸附水中的苯酚并将其富集于纳米反应器中,同时mSiO_2微球中形成的Co_3O_4内核催化KHSO_5产生硫酸根自由基(SO_4~(·-))降解水中的苯酚,纳米反应器的吸附、富集和限域作用强化了苯酚的降解.     

石化污泥混合菌降解高温甲苯废气的研究

以石化污泥为菌源,采用好氧振荡培养法对温度在30℃-60℃、浓度《52 mg·l-1的甲苯废气进行降解实验研究.结果表明:混合菌对甲苯的生化降解能力随甲苯浓度的增大而增大,随温度的升高而降低;降解效率则随浓度的增大而减小,随温度的升高也降低.逐渐升温对甲苯的降解性能优于直接升温.球状菌是降解高温甲苯的优势菌种.     

MgCl2改性碳材料的制备及其CO2吸附性能

本文以对氯甲基聚苯乙烯微球为前驱体制备了多孔碳材料C_(CMPS),并利用MgCl_2对其进行表面修饰制得了在较低CO_2浓度环境中具有高效CO_2吸附性能的吸附剂MgCl_2(n)/C_(CMPS).探究了吸附时间,MgCl_2含量和气体流速对CO_2吸附性能的影响,并对CO_2吸附动力学进行了研究.研究表明,MgCl_2(n)/C_(CMPS)的CO_2吸附动力学符合Bangham模型.吸附时间为10 min,气体流速为10 mL·min~(-1)时,CO_2吸附量可达158.4 mg·g~(-1).循环10次,吸附量保持稳定.     

选择性催化还原装置对固体废物焚烧过程挥发性有机物排放的影响

在某一大型医疗废物焚烧系统研究了选择性催化还原（SCR）装置的运行温度（200—350℃）对挥发性有机物（VOCs）大气排放的影响.采用固相吸附-热脱附/气相色谱-质谱法对SCR装置进口和出口处烟气中的VOCs进行分析.在焚烧烟气中共鉴定出46种VOCs,包括烷烃、烯烃、卤代烃、芳烃、醇、酮、醚、醛、酚、脂肪酸、脂肪酸酯、酰胺、硅氧烷和腈类化合物.在SCR装置进口烟气中鉴定出VOCs的总浓度均值为313.3μg·m^-3. SCR装置的运行导致VOCs的大气排放浓度明显增加.当SCR装置运行温度为200℃和250℃时,排放烟气中鉴定出VOCs的总浓度均值分别增加了0.8倍和5.0倍. SCR装置的运行也显著改变了焚烧烟气中VOCs的组成分布.当SCR装置运行温度为200℃时,出口烟气中含氧VOCs的浓度大幅增加,尤其是酮和脂肪酸.当SCR装置运行温度为250℃和350℃时,排放烟气中鉴定出烷烃的平均浓度分别增加了15.6倍和3.7倍.导致SCR装置出口烟气中VOCs增加的主要原因可能为：VOCs没有被完全降解,半挥发性有机物经SCR催化剂催化后形成分子量更小的VOC...     

等离子体/准分子灯一体化装置降解甲苯

采用一种新型的气体降解装置,即一个电源同时产生介质阻挡放电(Dielectric barrier discharge,DBD)等离子体和Kr Cl*准分子紫外辐射(DBD/UV)的一体化装置降解甲苯.研究表明,DBD等离子体与222 nm Kr Cl*准分子灯都可以单独降解甲苯气体,但UV无法使甲苯气体完全降解为水和二氧化碳.相同的能量密度下,一体化的DBD/UV降解甲苯气体的去除率高于单独使用DBD和UV之和,说明一体化装置中两者联合起到了耦合作用.相同条件下,DBD/UV比单独DBD时能量效率、碳平衡、CO2选择性都有所提高,且生成的副产物O3有所降低,说明DBD/UV可以有效地抑制O3的生成.同时,考察了DBD/UV降解甲苯的影响因素,对比分析了不同外施电压下的降解产物,主要产物为苯甲醛、酸酐、脂肪醛类、醇类等.推测DBD/UV降解甲苯基于3个方面:甲苯吸收222 nm光子直接光解、DBD中高能电子及活性粒子氧化降解甲苯及两者的协同作用.     

TiO2光催化降解乙酰甲胺磷

在TiO2悬浮体系中,利用光催化技术消除乙酰甲胺磷(DMAPT).探索了催化剂用量和目标物浓度对消除速率的影响.结果表明,催化剂的最佳用量为4g·l-1,DMAPT的光催化降解规律符合L-H模型,吸附常数和反应速率参数分别为2mmol-1·l和0.6mmol·l-1·min-1.反应中主要的活性物种为·OH.反应的主要中间产物和矿化产物有O,S-二甲基硫代磷酰胺酯,O,O',S-三甲基硫代磷酸酯和磷酸甲酯等.DMAPT的降解从C-N键的断裂开始,随后经过P-N,P-S,P-C键的氧化分解,生成低毒和无毒的中间产物,并随着反应的继续最终达到彻底矿化,最终产物为SO2-4,NO-3,PO3-4和CO2.     

不同加热方式下催化氧化甲苯的性能研究

研究考察了微波单模腔、多模腔与传统电炉三种不同加热方式下甲苯的催化氧化性能,分析不同加热方式下进出口气体温度和固定床反应温度的变化,并对实验前后的Cu-Mn-Ce/TiO2-分子筛催化剂进行了扫描电镜、X射线衍射和比表面积等表征测试.研究表明,相同工艺条件下电炉加热、微波多模腔与单模腔加热对甲苯的去除效率分别为77%、83%和94%,对应的床层反应温度为265℃、215℃和145℃,微波加热的选择性、"热点效应"和偶极极化作用提高了甲苯的降解效率并降低其氧化温度和工艺处理能耗,微波单模腔内高的能量密度显著提高了甲苯的氧化效率并降低反应温度.催化剂表征发现,微波加热对催化剂结构与活性组分的分布几乎没有影响,而电炉加热则导致催化剂表面烧结与活性组分团聚,微波加热下催化剂更大的比表面积有利于甲苯的吸附与氧化降解.     

新型交联壳聚糖材料对地下水重金属Zn~(2+)的吸附性能

地下水重金属污染的原位修复技术研究日益受到关注.利用课题组研发的聚乙二醇(PEG400)作为交联剂合成的新型交联壳聚糖材料,用该新型材料吸附地下水中重金属Zn~(2+),探讨CTS:PEG比例和Zn~(2+)印迹量对吸附效果的影响,通过该材料对Zn~(2+)的吸附动力学、吸附等温线以及吸附热力学关系,讨论其吸附的内在机理.研究发现CTS:PEG=1:2和印迹的Zn~(2+)量是0.5%的交联壳聚糖,去除重金属Zn~(2+)的效率最高;其非平衡吸附遵循准二级动力学模型,吸附速率为0.1260mg·g~(-1)·h~(-1);在20℃,溶液pH值为7条件下,PEG-CTS对Zn~(2+)的最大吸附容量是18.20 mg·g~(-1),平均吸附能量是9.66kJ·mol~(-1);化学吸附为主,也包含物理吸附.