可见光响应手性TiO2复合光催化剂及其降解有机污染物

通过空穴和自由基捕获剂的加入,首先研究了可见光激发下手性TiO₂复合光催化剂降解罗丹明B和四环素的机理. 结果表明,可见光激发TiO₂光催化剂降解罗丹明B和四环素的机理是相同的,其形成的光生空穴是降解有机物的关键影响因素.利用D型手性表面活性剂在低温时可以构建右旋非对称手性堆积结构的D-TiO₂. 这种非对称结构在介孔TiO₂内部引入氧空穴和Ti-N键,使D-TiO₂也具有显著的可见光响应和可见光降解活性. La³⁺ 或者Fe³⁺的掺杂几乎不影响催化剂的形貌及其TiO₂的结晶过程, 但可以在催化剂中形成光生空穴和电子的捕获中心,显著提升可见光激发下TiO₂催化剂中光生空穴和电子的分离率,从而增强催化剂对四环素的光降解活性.     

溴代甲烷在SO42-/TiO2上的光催化降解

采用溶胶-凝胶法制备了SO₄^2-/TiO₂催化剂,运用XRD、BET比表面测定,FTIR等技术对催化剂进行了表征,并在微型常压连续反应装置上进行CH₃Br光催化反应性能考察.结果表明,SO₄^2-引入TiO₂体系使得催化剂的结构和光催化性能得到显著改善.SO₄^2-负载量为9%,烧结温度为450℃时,SO₄^2-/TiO₂催化剂的光催化活性最高;SO₄^2-/TiO₂催化剂对反应物料中的水汽有很好的耐受性;当反应温度低于85℃时,提高反应温度,有利于改善对CH₃Br的光催化反应活性,表观活化能约为19.6kJ·mol^-1,反应温度在85℃～105℃区间时,CH3Br的光催化降解表观活化能为0.     

Bi2WO6/UiO-66复合材料的制备与光催化性能研究

以冰乙酸作为模板剂,采用溶剂热法制备了一种Bi₂WO₆/UiO-66复合光催化剂,探究了不同UiO-66掺杂量对其光催化性能的影响,通过XRD、FTIR、SEM、N₂吸附-脱附、UV-Vis DRS、PL等手段对复合材料进行表征,以有机染料罗丹明B（RhB）作为目标降解物评价复合材料的光催化性能. 结果表明,该复合材料在可见光下光催化降解RhB时具有很强的活性. 经过4次循环实验,光催化剂的催化活性没有明显降低. 通过自由基捕获实验证明起主要作用的活性物质为空穴（h⁺）,并提出了可能的光催化降解机理为：UiO-66均匀分布在Bi₂WO₆的表面,增大了复合材料的比表面积,Bi₂WO₆光生电子转移到UiO-66的表面,降低了电子空穴复合率,h⁺则位于Bi₂WO₆表面,直接氧化有机物达到净化效果.     

Ag改性石墨相氮化碳(g-C3N4)可见光辅助活化过一硫酸盐降解罗丹明B

采用煅烧法和光还原法制备出具有高活性的Ag/g-C₃N₄催化剂,并将其应用于可见光下活化过一硫酸盐（PMS）降解罗丹明B（RhB）废水.系统研究了实际因素RhB浓度、催化剂投加量、PMS剂量、pH值和可溶性无机阴离子对RhB降解效果的影响.结果表明,RhB的降解率随着催化剂投加量、PMS浓度的增加而增大,随着初始RhB浓度的增加而减小.弱酸性条件有利于反应活化PMS降解RhB,而中性或碱性条件都会减缓催化反应的进行.Ag/g-C₃N₄-2/Vis/PMS催化体系30 min内对RhB的去除率最高可达93.2%,分别是Ag/g-C₃N₄/Vis和单独PMS催化体系的4.0和3.7倍.体系催化活性的提高归因于Ag的表面等离子共振效应及基于硫酸根自由基的高级氧化技术与光催化技术的协同作用.不同阴离子对催化反应的影响不同,溶液中的Cl^-会对反应产生轻微的抑制作用,而H₂PO₄^-和HCO₃^-的出现大大抑制了催化性能.催化剂具有良好的稳定性,5次循环后仍能在30 min之内降解77.4%的RhB.此外,捕获实验和ESR测试结果表明,Ag/g-C₃N₄-2/Vis/PMS催化体系中存在·O₂^-、h⁺、¹O₂、SO₄^-·和·OH活性物种,并协同降解RhB污染物.     

铜卟啉修饰In2TiO5纳米带的制备及其光催化性能

以5,10,15,20-四苯基铜卟啉（CuTPP）和5-（4-氨基苯基）-10,15,20-三苯基铜卟啉（CuAPTPP）为敏化剂,采用溶剂热法成功制备了铜卟啉敏化In₂TiO₅复合光催化剂.利用紫外、FT-IR、XRD、SEM、UV-vis DRS和N₂吸附脱附曲线对所得铜卟啉及复合光催化剂进行表征和分析.结果表明,铜卟啉负载于In₂TiO₅纳米带表面,复合光催化剂的禁带宽度及比表面积出现一定程度的减小,但未改变In₂TiO₅的晶型及形貌.其中,CuTPP敏化In₂TiO₅复合光催化剂的光催化活性最强,在模拟太阳光的照射下,120 min时罗丹明B（RhB）的降解率高达98.9%,而In₂TiO₅纳米带对RhB的降解率仅为33.5%,且循环使用5次后其光催化降解率仍保持在95%以上.     

附载二氧化钛光催化降解水中对氯苯胺(PCA)

以紫外灯为光源 ,附载在镍网上的 TiO₂ 为催化剂 ,研究水中 PCA光催化降解动力学行为和机理 .结果表明 ,PCA的降解符合准一级动力学方程 ;初始 pH4～11对其反应速率影响较小 ;增大氧气浓度能加快 PCA的降解和脱氯速率 ;外加电位能大幅度提高 PCA的降解速率 .通过 GC-MS技术确定其降解中间产物主要有苯胺、硝基苯、对氯硝基苯、偶氮苯、4,4′-二氯偶氮苯等 ,它们最终矿化为 NH⁺₄、Cl^-、NO^-₃ 和 CO₂ .光催化能有效地降解 PCA但其矿化比降解需要更长的时间 .     

铋修饰BiOBr/g-C3N4异质结光催化剂合成及其可见光催化性能研究

以尿素为氮化碳（g-C₃N₄）合成的前驱体,柠檬酸（CA）作为还原剂,以一步溶剂热法制备铋修饰BiOBr/g-C₃N₄异质结型复合光催化剂（简称Bi/BiOBr/g-C₃N₄）.通过调控CA的投加量,实现了对Bi/BiOBr/g-C₃N₄可见光催化的可控制备,并以RhB为目标污染物研究其光催化活性.结果表明：1被还原在BiOBr表面上的Bi金属含量随还原剂CA投加量增加而增加,CA最佳投加量为2 mmol,Bi/BiOBr/g-C₃N₄的光生载流子的分离效率最高、禁带宽度最窄（2.43 eV）.而未采用CA改性的BiOBr/g-C₃N₄,其禁带宽度为2.8 eV.2投加CA能调控BiOBr形貌（如结晶度、尺寸大小以及晶粒平均厚度）,进而调控其光催化活性.当CA投加量为2 mmol时,BiOBr纳米微球大小适中,结晶度最高,晶粒平均厚度最小.3Bi修饰BiOBr/g-C₃N₄光催化剂对RhB的可见光降解率高达99.8%,其光催化降解速率达到0.097 k·min^-1,是BiOBr/g-C₃N₄光催化速率（0.026 k·min^-1）的3.73倍.4Bi/BiOBr/g-C₃N₄异质结光降解机理是：在Bi金属等离子体效应、BiOBr表面氧空缺与异质结的协同作用下,提高了Bi/BiOBr/g-C₃N₄异质结对可见光吸收能力和光生载流子的分离效率,从而实现对RhB的高效降解.     

Mo源改性石墨相氮化碳(g-C3N4)活化过一硫酸盐可见光降解罗丹明B的性能研究

分别以钼酸钠（MA）和乙酰丙酮钼（MC）作为钼（Mo）源,采用热聚合法合成不同类型Mo-C₃N₄材料（MACN和MCCN）,并通过XRD、SEM、XPS、UV-Vis DRS等表征技术探究不同Mo源的引入对g-C₃N₄晶体结构和光学性质的影响.结果表明,Mo的引入增大了g-C₃N₄的晶格间距,以MC为Mo源合成的MCCN催化剂具有更大的比表面积、更宽的可见光响应范围和更低的能带宽度.将所合成的催化剂应用于耦合过一硫酸盐（PMS）可见光催化降解罗丹明B （RhB）研究,发现在催化剂浓度为0.5 g·L^-1、PMS浓度为1 mmol·L^-1、罗丹明B浓度为10 mg·L^-1的条件下,MCCN-4/PMS/Vis催化体系在25 min内对RhB的降解率高达94.1%,分别是MCCN-4/Vis和单独PMS催化体系的5.6和19.2倍,并且RhB光催化降解过程符合一级动力学方程.为进一步探索MCCN/PMS/可见光（Vis）催化体系的最佳工艺条件,系统考察了Mo的掺杂量、催化剂投加量、PMS浓度、污染物浓度、pH值等实际因素对RhB降解效果的影响.同时,循环实验表明,MCCN-4复合催化剂具有良好的稳定性和可重复性,3次循环之后仍保持89.1%的RhB降解率.此外,捕获实验和电子自旋共振测试（ESR）结果表明,在MCCN/PMS/Vis催化体系下,光生空穴（h⁺）和超氧自由基（·O₂^-）作为主要活性物种参与了RhB的降解.     

透明Cl-TiO2水分散液的制备及其可见光降解甲苯和灭菌的性能

开发具有高稳定性和高可见光活性的光催化剂透明分散液对光催化材料的实际应用至关重要.本文采用非水解溶胶凝胶法制备了透明Cl掺杂TiO₂分散液（Cl-TiO₂）.该分散液经过60 d仍能保持稳定,没有颗粒沉降.与商用P25、PEG400-TiO₂相比,Cl-TiO₂具有最优的可见光降解甲苯的光催化活性,并且具有良好的循环稳定性.Cl-TiO₂在可见光下同时具有优异的灭菌效果,对大肠杆菌的灭菌率达到98.75%.其优异的可见光响应性归因于Cl掺杂增强了对可见光的吸收,提高了电子空穴的分离效率.Cl-TiO₂水分散液良好的稳定性得益于表面带有的电荷以及较小的水合粒径.这项工作为光催化剂用于改善室内环境提供了新策略.     

TiO2光催化降解水中内分泌干扰物17β-雌二醇

以低压汞灯为光源,采用间歇式光氧化反应器,研究了17β-雌二醇(E2)在纳米TiO₂(Degussa P-25)悬浆体系中的光催化降解.考察了溶液pH、E2初始浓度、TiO₂光催化剂投加量、UV光强、H₂O₂、O₂对E2光催化降解的影响.结果表明,TiO₂光催化工艺可以有效地去除水中的E2,E2的光降解过程符合一级反应动力学模型;TiO₂投加量为200　mg/L时,在14 W低压汞灯照射下,初始浓度为400 μg/L 的E2在自来水中的光降解一级反应速率常数为0.018 min^-1,E2的光催化降解速率常数与其初始浓度、TiO₂光催化剂的用量、溶液的pH值、UV光强等因素有关;外加H₂O₂、O₂可以影响催化剂的光降解效率.     

不同方法制备Co3O4催化剂CO-SCR性能及机制

氮氧化物(NOx)是造成细颗粒物、近地面臭氧等大气污染问题的重要前体物.随着大气污染治理行动的深入,对工业锅炉/窑炉烟气排放的NOx进行控制十分重要.采用不同方法制备了一系列Co_3O_4催化剂,考察了不同制备方法对CO选择性催化还原NO(CO-SCR)反应活性的影响,通过BET、XRD、Raman、HR-TEM和SEM等技术对该系列催化剂进行了表征.活性测试表明,以硫酸钴为前驱体用固态研磨法制备的Co_3O_4-S催化剂具有更优异的CO-SCR反应活性,且表现出较好的抗水蒸气性能,以醋酸钴为前驱体用固态研磨法制备的Co_3O_4-C催化剂显示出较好的抗水性能. NO氧化结果显示,催化剂的NO氧化效果越好,CO-SCR活性也越好. Raman表征结果显示,Co_3O_4-S表面可能含有更多的Co2+离子,从而有利于形成氧空位. H2-TPR结果表明,Co_3O_4-S催化剂的氧化还原性较好. HR-TEM表征发现Co_3O_4-S和Co_3O_4-O主要暴露(111)和(220)晶面,而更多(220)晶面的暴露可能更有利于反应的进行.     

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.     

不同晶型纳米TiO_2在斑马鱼体内的富集与清除

为探讨纳米材料的慢性生物效应以及材料结构对生物富集的影响,开展了A-TiO2(锐钛型纳米TiO2)和R-TiO2(金红石型纳米TiO2)在斑马鱼(Danio rerio)体内的长期富集和清除试验.采用半静态暴露试验,试验周期为46 d(暴露阶段28 d,清除阶段18 d),每种晶型设置2个处理组(ρ分别为4.0和10.0 mg/L),测定各时间点斑马鱼体内不同晶型纳米TiO2含量(以w计);以暴露阶段的BAF(生物富集系数)以及清除阶段的排出速率常数、总量清除率为终点,比较斑马鱼对2种晶型纳米TiO2的富集、清除的异同.结果表明:在暴露阶段,A-TiO2在斑马鱼体内的富集量显著高于R-TiO2,10.0 mg/L处理组斑马鱼体内富集量均显著高于4.0 mg/L处理组;4.0和10.0 mg/L的A-TiO2处理组的BAF分别为76.7和105.4 L/kg,略高于R-TiO2(41.6和36.1 L/kg),二者在斑马鱼体内均不具有生物蓄积性.在清除阶段,斑马鱼体内的2种晶型的纳米TiO2均可被排出,清除阶段的清除率为88.0%~100%;斑马鱼体内2种晶型纳米TiO2富集量的下降均符合一阶指数衰减方程,排出速率常数在0.26~1.01 d-1之间.     

AEO-7改性PbO2电极电催化降解结晶紫

通过在镀液中添加表面活性剂AEO-7,以不锈钢为基体,利用阳极氧化法制备了改性PbO2电极.同时,在结晶紫模拟废水中对比了改性前后PbO2电极的阳极极化曲线和塔菲尔曲线,并对质量浓度为10 mg·L-1的结晶紫模拟废水进行了电催化降解实验.实验结果表明,制备的改性PbO2电极对结晶紫废水的降解显示出了较好的电催化活性,最佳电解实验条件为:电解电流密度30 mA·cm-2,支持电解质Na2SO4浓度5g·L-1,处理温度35℃,在此条件下电解40 min后,结晶紫的去除率可达到90％以上.     

Fe2O3添加对钛基SCR催化剂表面硫酸氢铵分解行为的影响规律

采用共沉淀法合成了TiO_2及TiO_2-Fe_2O_3载体,并对硫酸氢铵与上述载体之间的相互作用及硫酸氢铵的具体分解行为进行了研究.结果表明,催化剂载体表面含硫官能团主要以双齿硫酸盐的形式存在,含氮官能团以铵根离子的形式存在.当硫酸氢铵沉积于催化剂载体表面时,由于硫酸根离子具有较强的电负性,Ti原子及Fe原子处于电子缺失状态.对于TiO_2载体,硫酸根离子主要与Ti原子相连;而对于TiO_2-Fe_2O_3载体,Ti原子及Fe原子均为硫酸根离子主要的附着位点.采用热分析方法及原位红外对硫酸氢铵在TiO_2及TiO_2-Fe_2O_3载体表面的分解行为进行了研究,发现铁氧化物的添加显著促进了硫酸氢铵在低温区间内的分解行为;与铵根离子相比,硫酸根离子具有更高的热稳定性.催化剂稳定性测试结果表明,铁氧化物的添加显著提高了低温抗硫抗水性能,为实现低温SCR技术的工业应用提供了理论基础.     

3种金属氧化物纳米材料在不同土壤中运移行为研究

采用实验室柱淋溶方法,考察了纳米CeO2、纳米TiO2和纳米Al2O3材料在不同土壤中的运移行为,分析了纳米材料在土壤中运移能力与土壤性质的相关性,并采用胶体运移动力学模型估算了纳米材料在土壤中的最远运移距离.结果表明,纳米CeO2和纳米TiO2在试验的大部分土壤中有很强的运移能力,而纳米Al2O3仅在试验的酸性土壤中有较强的运移能力,在其他土壤中几乎被全部截留.纳米材料在土壤中运移的机制非常复杂,静电作用、土壤表面电荷异质性、团聚作用、张力作用(straining)以及过滤熟化作用(ripening)均对纳米材料的运移有着重要的影响.纳米CeO2的运移能力与土壤Zeta电位显著负相关;纳米TiO2的运移能力与土壤黏粒含量显著负相关,与土柱渗透系数显著正相关;纳米Al2O3的运移能力与土壤pH显著负相关,与土柱渗透系数显著正相关.模型估算的纳米CeO2、纳米TiO2和纳米Al2O3在试验土壤中的最远运移距离分别为52~69 043、31~332和<10~5 722 cm.纳米材料在一些土壤中的最远运移距离远远大于30 cm表层土壤的深度,意味着纳米材料在这些土壤中有向深层土壤运移的可能.     

紫外光照下盐酸环丙沙星的光解性能

本研究重点考察了盐酸环丙沙星初始浓度、硝酸铅、硝酸镉、氯化铅、氯化镉等重金属盐对盐酸环丙沙星光降解性能影响.结果表明,黑暗条件下环丙沙星无降解;紫外光照可以有效去除环丙沙星,且环丙沙星的光降解速率随其初始浓度的增大而降低;硝酸铅和硝酸镉(除0.006 mmol·L~(-1)体系外)可以促进环丙沙星的光降解,且随摩尔比的增大(即硝酸盐浓度的降低),环丙沙星的半衰期逐渐增大;随着摩尔比的增大(即氯化盐浓度的降低),氯化铅和氯化镉先促进后抑制环丙沙星的光降解.     

具有双反应活性中心Cu-Al2O3-g-C3N4类芬顿催化剂及·OH选择性转化机理研究

采用水热合成法制备Cu-Al₂O₃-g-C₃N₄类芬顿催化剂,以扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、电子自旋共振（EPR）、拉曼光谱（Raman）对所制备的催化剂及反应过程进行表征.以染料亚甲基蓝（MB）和罗丹明B（Rh-B）及小分子有机物2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）、双酚A（BPA）和苯妥英（PHT）为目标污染物,研究催化剂在初始pH=7条件下的类芬顿催化活性.同时,探讨Cu掺杂量和有机物配体g-C₃N₄掺杂量对体系催化性能的影响,并验证晶格氧诱发与有机配体络合两种方式对催化剂活性和稳定性提高产生的影响.DMPO-EPR自由基测定实验及Raman光谱监测催化反应过程验证表明：Cu的晶格氧掺杂诱发了靠近铜晶格O₂^·-的富电子Cu中心,以及靠近铝晶格O₂^·-的缺电子Al中心;引入的g-C₃N₄以阳离子π作用形式通过σ-型Cu—O—C键桥将π体系上的电子转移至Cu,形成一个新的缺电子π中心.在H₂O₂存在的情况下,富电子Cu中心将电子传递给H₂O₂,使其被还原为·OH;同时,体系中H₂O的电子被缺电子中心剥夺,进而氧化为·OH.羟基自由基转化率TOFs值的进一步计算结果表明,Cu-Al₂O₃-g-C₃N₄体系中TOF值为0.516 s^-1,是传统均相芬顿体系TOF值（1.53×10^-2 s^-1）的33倍以上.     

富氧条件下SnO2/Al2O3催化剂上丙烯选择性还原NOx的研究

考察了分别用浸渍法、共沉淀法和溶胶-凝胶法制备的SnO₂/Al₂O₃催化剂上丙烯选择性还原NO_x的催化活性,发现制备方法与Sn的负载量对其活性有重要影响.溶胶-凝胶法制备的SnO₂/Al₂O₃催化剂活性最高,Sn的最佳负载量为5%.与浸渍法和共沉淀法制备的5%SnO₂/Al₂O₃催化剂相比,溶胶-凝胶法制备的5%SnO₂/Al₂O₃催化剂受水蒸汽的抑制作用较弱,并且在水和SO₂共存的条件下活性最高.此外,反应气中丙烯及氧气浓度的增加有利于NO_x转化率的提高.     

VOx-MnOx/TiO2催化脱除氮氧化物与二英研究

二英会降低人类的免疫力,影响人体和神经发育;氮氧化物则会对人体的各项脏器和血液组织有严重危害,还会破坏臭氧层,加速酸雨的形成.商业钒钛催化剂既能脱除氮氧化物又能催化分解二英（邻二氯苯作为模拟物）,二英活性温度区为200~300℃,而脱硝活性温度为300~400℃.研究了VO_x/TiO₂、MnO_x/TiO₂以及VO_x-MnO_x/TiO₂等催化剂在200~300℃脱硝、脱除二英的情况.结果表明,在VO_x/TiO₂催化剂中掺入MnO_x促进脱硝活性温度区间由300~400℃往200~300℃偏移,当MnO_x和VO_x摩尔比为3：1时,催化剂在250℃脱硝和脱除二英的效果最好,催化NO和邻二氯苯效率分别为92.0%和89.0%.原位红外漫反射光谱研究表明,1V3M/T催化剂表面的脱硝反应在250℃遵循L-H机理,—NH₂、N_xH_yO_z、单齿亚硝酸盐和二齿硝酸盐是主要的反应中间体.