漂浮型可见光催化剂Fe-N-TiO_2/FP的制备及性能研究

以漂珠为载体通过简单的溶胶凝胶法,制备漂浮型可见光催化剂Fe-N-TiO_2/FP,并采用了X射线衍射(XRD)、N_2吸附-脱附测试(BET)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)和扫描电子显微镜(SEM)等分析方法对样品的微观结构进行表征。研究表明,Fe掺杂可以有效地增加Fe-N-TiO_2/FP光催化剂中的比表面积和总孔容。相比N-TiO_2/FP,Fe-N-TiO_2/FP表现出其吸收带边有明显的红移在可见光区的吸收强度亦有明显的增大。可见光降解罗丹明B(RhB)的实验中,经过4 h可见光照射后,Fe_(0.71)-N-TiO_2/FP复合光催化剂对污染物的去除率可高达88.8%。不同pH条件下的降解实验表明,偏酸的环境更有利于RhB去除效率的提高。罗丹明B浓度的提高一定程度上阻碍了可见光的射入,也不利用罗丹明B的进一步吸附。漂浮型光催化材料在经过3次重复利用后,仍然具有较高的去除效率。     

复合材料BiOI/BiOCl的制备及可见光催化降解活性艳红X-3B

以乙二醇为溶剂,利用溶剂热方法制备了不同I/Cl比的BiOI/BiOCl可见光催化材料.同时,采用X射线衍射光谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(DRS)和光致荧光光谱(PL)对所制备材料的晶相、元素价态和光学性质等进行了表征,并以活性艳红X-3B为目标化合物,研究了不同I/Cl比对X-3B光催化降解动力学的影响.分析结果表明,BiOI和BiOCl能够得到很好的复合,在可见光范围内有很好的吸收.降解实验结果表明,I/Cl摩尔比为9∶1时,复合材料对X-3B的可见光降解效率最高,一级反应动力学速率为0.0133 min-1;TOC和COD在3 h内分别降低28%和25%左右,证明能够对所选目标染料在一定程度上实现矿化;在光催化降解活性艳红X-3B过程中起主要作用的为光生空穴.此外,还对复合材料光催化性能提高机理进行了探索与推测.     

多壁碳纳米管的制备与可见光催化性能

采用溶胶-凝胶法,制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)/CdS/TiO2复合半导体光催化剂。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等分析方法对光催化剂进行了结构表征,并考察了在可见光照射条件下MWCNTs/CdS/TiO2对甲基橙(MO)降解的光催化性能。结果表明,MWCNTs/CdS/TiO2能有效降解甲基橙。低浓度MO降解效果比高浓度好,光催化剂投加量为1.2 g/L即可达到较好的催化效果,酸性条件有利于光催化,投加适宜浓度的H2O(2低于10 mmol/L)时会和催化剂产生协同效果,浓度过大,催化效果下降。阴离子对催化效果有抑制作用,其中PO43-的抑制作用最强。所制备的复合催化剂具有较好的实际应用价值。     

BiOBr/CdS复合微球的制备及其光催化性能研究

以Bi(NO_3)_3、KBr、Na_2S和Cd(NO_3)_2等为原料,依次采用溶剂热法和多次浸渍法,制备了具有可见光活性的BiOBr/CdS复合微球催化剂,并通过X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)等表征手段对合成的催化剂进行表征,并以罗丹明B作为目标污染物,在可见光的照射下,考察了复合材料的有机污染物降解能力。结果表明,在光照时间为120min时,罗丹明B染料的降解率可达85%,相对于纯的CdS和BiOBr而言,所制备的BiOBr/CdS异质结催化剂具有良好的光催化活性和良好的可见光响应能力。主要原因可归因于异质结结构能很好地促进光生载流子的分离和迁移。     

N-TiO_2/RGO催化剂的制备及其光催化性能的研究

以三乙胺为氮源,HF为形貌控制剂,采用水热法一步合成了N掺杂(001)面锐钛矿TiO_2纳米片/还原氧化石墨烯(N-Ti O2/RGO)复合催化剂,通过XRD、FTIR、SEM、TEM和Raman对样品的组成结构和形貌进行表征。以罗丹明B(Rh B)为模拟污染物,研究了不同掺N量和氧化石墨烯加入量下制备的复合材料的光催化性能。实验结果表明:当n(N)∶n(Ti)为0.5,氧化石墨烯加入量为15 m L时,N-TiO)2/RGO复合材料的光催化性能最好。在催化剂用量为0.5 g/L,罗丹明B溶液初始浓度为20 mg/L时,紫外光催化反应30 min后,罗丹明B的降解率可达94.02%。     

Ag、N共掺杂TiO2漂浮型催化剂的光催化性能

采用溶胶-凝胶法,制备出银氮共掺杂TiO_2负载膨胀珍珠岩的催化剂,通过电子显微镜扫描(SEM)、比表面积及孔径分析(BET)和X射线衍射(XRD)对其结构进行表征,并以罗丹明B溶液为目标降解物,研究所制备催化剂的光催化性能。结果表明:复合材料成功负载了Ag和N元素,且掺杂增强了TiO_2对可见光的响应能力;复合材料存在少量的微孔和大孔,同时存在大量的介孔;掺杂氮后材料的光催化活性大幅度提高,继续掺杂Ag后光催化活性进一步提高,当n(Ag)∶n(Ti)=0. 50%时光催化性能最佳,4 h内处理罗丹明B降解率可达99. 3%,材料的光催化反应符合一级反应动力学方程,表明其在环境净化实际应用中的巨大潜力。     

MOFs衍生CuO/ZnO催化剂的制备及其光催化性能的研究

利用Cu₃(BTC)₂为材料模板制备金属氧化物CuO,通过光沉积引入Zn2+煅烧合成双金属氧化物催化剂CuO/ZnO,研究了该催化剂在可见光条件下对罗丹明B的光催化降解性能,确定了罗丹明B在降解过程中的主要活性物种,并利用液相原位红外技术探究其降解机理。结果表明:MOFs衍生物CuO/ZnO催化剂具有优良的光催化降解能力,可见光响应150 min后,对10 mg/L罗丹明B的降解率最高达到67.56%以上,其中发挥主要作用的活性物种是超氧自由基·O₂-;经过5次循环实验后降解率仍在50%以上,证明该材料具有较好的可重复利用性。通过液相原位红外光谱检测,分析推断罗丹明B分子在降解过程中存在乙基、羧基和苯环芳香环结构的破坏以及氨基副产物的释放过程。该研究结果可为高效光催化体系的开发及污染物降解机理的研究提供参考。     

BiOCl/SiO2/Fe3O4复合材料可见光催化去除水中亚甲基蓝

以FeCl_3·6H_2O、FeCl_2·4H_2O、(C_2H_5)_4SiO_4、Bi(NO_3)_3·5H_2O、KCl为主要原料,采用化学共沉淀法和水热法制备了BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4光催化剂,并对其进行EDS、TEM、XRD、FT-IR、UV-Vis表征,最后通过亚甲基蓝降解实验,研究了催化剂在合成过程中pH及催化剂投加量对其光催化性能的影响.结果表明,在pH=6、催化剂初始投加量为0.5 g·L~(-1)时,对亚甲基蓝的可见光催化效果最佳,光照120 min后对10 mg·L~(-1)的亚甲基蓝溶液的脱色率达到93.2%.BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4经过简单的无水乙醇和水洗后,可高效重复利用4次.综合表明,BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4是一种在处理染料废水中具有应用前景的磁性光催化剂.     

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.     

脯氨酸掺杂g-C3N4纳米片的制备及其对RhB的降解

通过简单的水热及煅烧方法制备了脯氨酸掺杂的g-C₃N₄纳米片,借助FTIR、XRD、SEM、BET、XPS、UV-vis DRS、PL、电化学工作站等手段对所制备的光催化剂进行结构、形貌、组成及光电性能表征分析.结果表明,脯氨酸的加入可以自主剥离前驱体,制成纳米片状的g-C₃N₄,增加催化剂的比表面积.此外脯氨酸的引入可以调节催化剂的能带结构,增加可见光吸收,提高光生载流子分离率.在模拟可见光照射下,考察其对罗丹明B (RhB)的光催化降解性能获得了最优掺杂条件.1%脯氨酸掺杂(PCN-1%)的催化剂经过60min可见光照射即可降解99%以上的污染物.降解速率得到显著提升,PCN-1%对RhB的降解速度(0.0271min^-1)达到传统体相氮化碳(BCN)降解速率(0.0027min^-1)的10.04倍,显著提高了g-C₃N₄的光催化能力.     

BiOCl/TiO_2复合材料的可见光活性及机理研究

采用水热法和溶胶凝胶法制备新型BiOCl/TiO2复合材料并明确了最优的掺杂比例(2%).随后利用X射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射(DRS)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对该材料进行表征.由于禁带宽度较大,纯BiOCl和TiO2的可见光催化性能极差,然而二者复合后,同条件下的苯降解率却大幅提升,可以达到40%以上.经证实,催化剂制备过程中,Bi的状态发生变化,在TiO2导、价带之间插入新的能级,使其禁带宽度变窄,电子可以实现可见光跃迁.     

载银TiO_2光催化剂的合成及活性研究

以钛酸四正丁酯为起始原料,采用溶胶-微波法合成出TiO2纳米粒子,借助XRD、UV-Vis吸收光谱等测试手段对其进行了表征,并以罗丹明B为模型污染物考察了酸水比、微波反应温度和微波反应时间等因素对样品光催化性能的影响。结果表明,溶胶-微波法制备TiO2的最佳工艺条件为:酸水比7:1,微波反应温度150℃,反应时间8min。以最佳工艺条件下制备的TiO2为原料,采用光还原法成功制备出载Ag纳米TiO(2摩尔比为1:1),将该光催化剂置于自然光下用于采油厂工业废水的处理,太阳光下照射10h,COD去除率达到92.35%。     

焙烧条件对热聚合法制备石墨相氮化碳光催化性能的影响及其机理

以三聚氰胺、硝酸为原料,采用热聚合法制备石墨相氮化碳（g-C₃N₄）,研究了不同焙烧温度对石墨相氮化碳光催化性能的影响。利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、紫外-可见漫反射（UV-Vis DRS）以及光致发光光谱（PL）等技术对石墨相氮化碳样品的形貌、化学组成、晶体结构等理化性质进行表征,通过光催化降解实验探究石墨相氮化碳的催化活性。实验结果表明:当焙烧温度为550℃时,制备的石墨相氮化碳样品光催化性能最好。当催化剂投加量为0.04 g时,可见光照射50 min后,对50 mL浓度10 mg/L的罗丹明B（RhB）溶液的降解效率可达到91.7%。适宜的焙烧温度能够使光催化剂的光吸收能力增强,并促进光生电子（e-）和空穴（h+）分离。     

类单晶纳米片状WO3的制备及其光催化性能

通过调控水热温度、反应pH值和前驱体比例制备了类单晶WO₃纳米片光催化材料,通过XRD,SEM,TEM,XPS,UV-vis和光电流密度测试等手段对WO₃纳米片的形貌、晶型、组成以及电荷分离性能进行了表征,并研究了可见光照条件下其对罗丹明B的催化降解活性.结果表明,研究获得了厚度约10nm,边长尺寸约300~500nm的单斜晶相WO₃纳米片,且纳米片具有连续整齐的晶格结构、较高的能带结构和较好的电荷载流子分离性能.光催化实验结果表明,WO₃纳米片催化降解罗丹明B的反应过程符合一级动力学,反应速率常数为2.91h^-1,是WO₃纳米颗粒催化罗丹明B降解反应速率常数（0.56h^-1）的5.2倍,推测WO₃纳米片较好的催化活性是源于其较高的载流子分离效率.自由基捕获实验证明,可见光照下·OH和·O₂^-均为WO₃纳米片催化降解污染物过程中的活性自由基.循环降解实验证明制备的光催化剂具有良好的稳定性.     

Pt掺杂TiO2和TNTs光催化剂的特征及光催化产氢性能比较

采用光沉积法掺杂Pt分别制备光催化剂Pt/TNTs和Pt/TiO₂,采用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和紫外可见分光光度计（UV-Vis）对光催化剂进行表征,考察甲醇溶液浓度和Pt掺杂量对光催化产氢效率的影响,并在紫外光（320~400 nm）和可见光（400~700 nm）下比较TiO₂、TNTs、Pt/TiO₂和Pt/TNTs 4种催化剂催化甲醇溶液的产氢效率。结果显示:掺杂Pt可将光催化剂吸收波长红移至可见光区域,由于TNTs具有更大的比表面积,可负载更多的Pt,使电子有效转移至金属上,降低电子电洞对再结合的概率,并增加光催化效果;Pt/TNTs在紫外光和可见光的照射下,光催化效率均高于Pt/TiO₂,在最佳Pt负载量为1%（以质量分数计）,甲醇溶液质量分数为20%的条件下,Pt/TNTs在紫外光和可见光下产氢率分别为2331,137.7 μmol/h。对比可知,本研究的可见光催化产氢系统具有很大的发展潜力。     

Zr/TiO2纳米颗粒的制备及其光催化活性

以钛酸丁酯,乙醇为原料,用固相合成法制备了Zr/TiO2纳米颗粒,用XRD、TEM对其组成、颗粒大小、形貌进行了表征.通过对罗丹明B的降解反应,考察了Zr/TiO2的光催化活性.结果表明,Zr/TiO2为纳米颗粒,平均粒径为12.7 nm左右,且颗粒均匀;掺杂金属离子Zr提高了TiO2光催化效率,掺杂2.0%Zr的催化剂活性最高.Zr/TiO2的光催化反应,首先是反应物在Zr/TiO2表面发生吸附作用,然后进一步发生光催化降解.     

硅钨酸敏化TiO_2的制备及光催化性能研究

以硅钨酸为敏化剂,采用水热法合成了杂多酸敏化光催化剂TiO2-SiW。利用X-射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等测试手段对样品进行表征,以罗丹明B为模拟污染物评价其光催化活性。XRD结果表明,所得TiO2催化剂为锐钛矿型;UV-vis吸收光谱分析表明,杂多酸敏化使TiO2在可见光区的吸收增强,吸收边红移;光催化实验结果表明,所得TiO2-SiW催化剂光催化活性较好,将催化剂对模拟污染物的处理取得了较好的成果。     

低温燃烧合成纳米Ni掺杂TiO2光催化剂的表征及活性研究

采用低温燃烧合成法制备了Ni掺杂TiO₂光催化剂,通过紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、X射线粉末衍射(XRD)、激光散射、热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)等方法对催化剂的光吸收特性、晶相组成、粒度分布、升温过程中化学变化等进行了表征,以亚甲基蓝为模型污染物考察了催化剂在可见光下的光催化活性.结果表明,相对P25而言,Ni掺杂TiO₂的光吸收带边红移,当Ni/Ti原子比为0.4时,催化剂的带隙宽度为2.3eV,对应的吸收带边为564nm;催化剂晶型以锐钛矿TiO₂为主,随Ni掺杂量增大,NiTiO₃比例升高;催化剂粒径主要分布在50～150nm之间,占总量的96.9%;升温过程中催化剂在445.2℃发生晶型转化,出现锐钛矿和NiTiO₃晶体.催化剂显示出较高的催化活性,在可见光作用150min后最高可使93.9%的亚甲基蓝分解,活性高于P25.