钛修饰电极的制备及电化学性能比较

通过电沉积法在钛网(Ti)上负载钯、钯镍双金属及聚吡咯(PPy)双金属，对比研究不同修饰对电极电化学催化活性的影响。循环伏安测试(CV)表明，在最佳制备条件下，Pd/Ti电极在-500 mV(以Hg/Hg₂SO₄为参比电极)左右获得氢吸附峰值为-59.47 mA；引入Ni制备双金属修饰电极(PdNi/Ti电极)获得氢吸附峰值为-64.40 mA，双金属修饰电极表现出较好的电催化性能；吡咯修饰后制得的Pd-Ni/PPy/Ti电极获得的氢吸附峰值最大，峰值为-80.14 mA，电催化性能更优。扫描电镜(SEM)分析了Ni和PPy的引入对电极表面形态的改变。利用原子发射光谱(AES)分析了电极表面Pd、Ni金属的负载量。实验表明，Ni与PPy的引入使Pd-Ni/PPy/Ti电极在大大减少钯负载量的情况下，仍具有很好的电催化性能，电化学脱氯潜能也很大。     

修饰金电极对甲烷的电催化氧化

采用连续电位扫描法对含有Pd(Ⅱ)离子的溶液进行多次循环电位扫描,将钯沉积到金电极、多壁碳纳米管(WCNTs)-Nafion修饰的金电极上,制备了钯纳米、钯纳米-WCNTs修饰的金电极(Pd/Au、Pd-WCNTs/Au电极),利用循环伏安法、交流阻抗法对修饰电极的电化学特性进行了表征,利用差分脉冲法及计时电流法分别研究了Pd/Au电极、Pd-WCNTs/Au电极、Au电极及Pb电极对甲烷电氧化的催化活性,并研究了电极的稳定性和重现性,结果表明,Pd-WCNTs/Au电极对甲烷具有最高的电催化活性,重现性好、稳定性高。     

石墨烯/碳化钴钼复合材料作为微生物燃料电池阴极催化剂的研究

用改良Hummers法和碳热还原法分别制备了石墨烯和碳化钴钼。用透射电镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征了材料的形貌和结构。用循环伏安(CV)表征了其氧还原(ORR)催化性能,结果表明,复合材料的氧还原峰电流和起峰电位均大大优于单一材料。旋转圆盘电极(RDE)实验表明复合材料的氧还原反应为高效的四电子转移过程。含有6 mg·cm~(-2)石墨烯/碳化钴钼复合材料作为阴极催化剂的微生物燃料电池(MFCs)最大功率密度为418 mW·m~(-2),达到商业铂碳的68.3%。因此,廉价的石墨烯/碳化钴钼复合材料作为MFCs阴极氧还原催化剂具有巨大的应用潜力。     

Ag-石墨烯的制备及修饰电极对对苯二酚的电催化氧化

以石墨为原料,用改进的Hummers法制备了氧化石墨(GO),以葡萄糖为还原剂,采用一步还原法制备了Ag-石墨烯(Ag-Gr)纳米复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)等手段对复合材料的结构及形貌进行了表征,并用循环伏安法考察了复合材料的电化学性能。结果表明:氧化石墨和银离子在葡萄糖的作用下,氧化石墨失去部分含氧官能团,被还原为石墨烯(Gr),银离子被还原为银纳米颗粒,均匀分布在石墨烯片层表面;在p H值为7.0,Ag-石墨烯浓度为2.5 mg/m L时,Ag-石墨烯修饰玻碳电极对对苯二酚具有良好的电催化氧化作用。     

钯/聚合物复合催化膜制备及催化还原对硝基苯酚

钯金属具有较高的催化加氢性能,钯催化还原降解水体中污染物的研究一直是国内外研究的热点。为了制备催化性能稳定、催化活性高且易于回收利用的Pd催化剂,实验以聚丙烯腈(PAN)聚合物分离膜作为基材,采用层层自组装方法将聚乙烯亚胺/钯配合物(PEI-Pd(II))和聚苯乙烯磺酸钠(PSS)交替组装在基膜表面,制备了(PEI-Pd(0)/PSS)n复合催化膜,并采用膜分离装置通过对硝基苯酚催化加氢反应来评价催化膜的催化性能。实验结果表明,荷电化处理时间、NaOH溶液浓度、PEI和Pd(II)摩尔比、自组装层数影响着膜的催化性能。当荷电化处理时间为1.5 h,NaOH溶液浓度为1.5 mol/L,PEI和Pd(II)摩尔比为60∶4,自组装层数为5层时,复合催化膜有最佳的催化性能,其对对硝基苯酚的去除率能达到90%以上。     

MIL-101前体制备多孔铁碳材料构建高效异相电芬顿体系

通过水热法合成MIL-101(Fe)材料,并在N2氛围中进行高温碳化制备多孔铁碳(N-MIL-FeC)电极材料,探究其电催化氧还原性能及阴极电芬顿降解模拟染料废水性能。将制备的N-MIL-FeC材料进行电催化氧还原反应(ORR)性能测试,结果表明,Fe/H_2BDC摩尔比为2∶1,碳化温度为900℃,N-MIL-FeC材料CV扫描所得图形峰电位最小且峰电流最高,具有最优的ORR催化活性。在此基础上,将最佳条件下制得的N-MIL-FeC负载在碳纸上制成催化阴极应用于电芬顿反应催化降解模拟染料废水RhB。在催化剂负载量为1.5 mg·cm~(-2),pH为7条件下,浓度10 mg·L~(-1)的RhB溶液经过70 min降解率达到99%以上。通过淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)测试证明羟基自由基(·OH)是参与催化降解反应的主要活性中间体。以MIL-101(Fe)为前驱体制备的多孔铁碳材料性能较好,有一定的应用前景。     

还原氧化石墨烯/磷酸银光催化剂制备及其对卡马西平的降解

为进一步增强Ag_3PO_4的催化应用性能,采用水热还原法制备还原氧化石墨烯/磷酸银(rGO/Ag3PO4)复合光催化剂并对其进行表征;考察了氧化石墨烯(GO)掺量、溶液pH、光源对其光催化降解卡马西平效果的影响;通过对催化降解过程中活性物种的确定,初步推断其降解机理。结果表明,复合改性有助于提高Ag_3PO_4颗粒分散性,增强其光响应能力和光催化活性。当GO掺量为0.7%,初始pH为5～9时,全波段辐射处理初始浓度200μg·L~(-1),卡马西平在6 min内基本可实现对其完全降解。催化降解过程中光生空穴是主要的活性物质,其与羟基自由基、水合电子共同作用实现卡马西平的降解。     

石墨烯氧化物气凝胶修饰金属阳极促进微生物燃料电池的产电性能

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)阳极的比表面积、生物相容性以及导电性被认为是影响微生物燃料电池产电性能的关键因素。三维金属阳极因其导电性强、比表面积较二维电极材料大等优点可用来取代碳基电极。为了提高微生物燃料电池的产电性能,本研究选用2种具有三维结构的不锈钢刷(SSB)和泡沫镍(Ni-foam)为金属阳极基材,并将石墨烯氧化物(GO)通过一步冷冻干燥法合成石墨烯氧化物气凝胶复合金属电极(GOA-SSB/Ni-foam),将其作为阳极进行MFC的产电性能研究。结果显示:在MFC运行中,GOA-SSB和GOA-Ni-foam作为阳极,最大功率密度分别达到490和119m W·m~(-2),比未修饰SSB和Ni-foam提高8.1和5.5倍。扫描电镜(SEM)表征显示三维复合金属阳极表面附着的微生物量远高于未修饰电极,且未修饰的SSB和Ni-foam电极表面较GOA-SSB和GOA-Ni-foam电极表面腐蚀更严重,说明GOA不仅可提升阳极比表面积、生物相容性还可减缓阳极基材的腐蚀。电化学阻抗(EIS)结果表明GOA-SSB和GOA-Ni-foam阳极相比于未修饰阳极能够极大的降低传荷电阻,证实GOA修饰阳极加快了电子传递速率。另外,拉曼(Raman)表征显示Shewanella oneidensis MR-1菌可原位还原GOA,佐证了GOA修饰阳极运行后欧姆内阻降低的原因。     

Pd/N共掺杂TiO_2的制备及其光催化降解苯酚的研究

将纳米管钛酸浸入含尿素和金属(Pd)硝酸盐的乙醇溶液中,乙醇超声挥发后所得样品先在空气气氛、600℃下煅烧,再在H2气氛、400℃下热还原制备得到Pd/N共掺杂TiO2光催化剂(Pd/N-TiO2)。利用光电子能谱(XPS)仪研究了催化剂表面N、Pd元素的化学态。结果表明,N元素以Ti—O—N形式存在,Pd元素以单质金属状态存在。考察了Pd/N-TiO2的紫外光光催化降解苯酚的活性,与单纯TiO2光催化剂和N掺杂TiO2光催化剂相比,Pd/N-TiO2活性明显提高。研究了催化剂用量、苯酚初始浓度和pH、O2流量以及外加双氧水等条件对紫外光光催化降解苯酚的活性的影响,得到光催化降解苯酚的最佳工艺条件:苯酚初始质量浓度为120mg/L,催化剂用量为0.10g/L,苯酚溶液初始pH为8,O2流量为80mL/min,加入适量双氧水。     

无机盐离子对负载型催化剂Co_3O_4/GO降解PVA废水的影响

以氧化石墨烯(GO)作为Co3O4的载体,制备出应用于基于硫酸根自由基的高级氧化技术的负载型催化剂复合物——Co3O4/GO,采用XRD、FT-IR、Raman、EDS和SEM表征测试,并考察了无机盐离子(Cl-、HCO-3、H2PO-4和NO-3)对催化降解PVA的影响。结果表明,Co3O4已成功负载到GO上;负载型催化剂Co3O4/GO具有很高的催化活性;不同无机盐离子对催化降解反应的影响不同。本研究内容将对实际PVA废水处理过程起到借鉴和指导作用。     

La_(1-x)Ce_xCu_yMn_(1-y)O_3/HZSM-5催化剂低温去除柴油机碳烟和NO_x

为实现对柴油机碳烟和NOx的低温同步去除,采用柠檬酸络合法制备分子筛负载钙钛矿型金属复合氧化物催化剂,应用X衍射分析仪(XRD)和电镜扫描仪(SEM)对催化剂性能进行表征,并在微型固定床反应器中对催化剂低温去除碳烟和NOx进行活性评价。利用程序升温反应(TPR)技术,进行催化剂活性评价、柴油机负荷和排放等特性实验。结果表明,A位用适量Ce部分取代La,B位用适量Cu部分取代Mn,可使碳颗粒燃烧温度降低,CO2选择性好,NOx转化率升高。La0.4Ce0.6Cu0.2Mn0.8O3/HZSM-5催化剂的最大NOx转化率为81.0%,Ti、Tm和Tf分别为250、350和475℃,表明该催化剂具有较好的催化活性,能在低温条件下去除碳烟和NOx。     

UV/H2O2/Fe-FeOxH2x-3和UV/H2O2工艺降解水中富里酸的研究

采用硼氢化钠还原法制备核-壳结构的Fe-FeO_xH_2x-3复合材料，研究了富里酸在UV/H₂O₂和UV/H₂O₂/Fe-FeO_xH_2x-3两种不同反应体系下的降解情况。结果表明，核-壳结构Fe-FeO_xH_2x-3的存在，提高了UV/H₂O₂降解富里酸的反应速率，TOC去除达到84%。采用XAD树脂吸附法对反应前后的富里酸进行化学分级表征，结果表明，富里酸经反应后憎水酸（HoA）、弱憎水酸（WHoA）和憎水中性物质（HoN）都有所减少，进而转化为亲水性物质（HiM）；用超滤膜法对富里酸进行物理分级表征，考察了富里酸在反应前后分子量分布的变化情况。同时，富里酸经过反应后生成的中间产物降低了三氯甲烷生成趋势。     

除氟活性铝氧化物(AlO_xH_y-F_n)的吸附除砷性能

以活性铝氧化物AlOxHy处理某高氟地下水的中试实验获得的吸附剂废料AlOxHy-Fn为对象,考察其对三价砷(As(Ⅲ))和五价砷(As(Ⅴ))吸附去除性能,并对吸附机理进行了探讨。研究显示,AlOxHy-Fn为多孔无定型且具有不规则表面的絮状结构,比表面积为218.88 m2/g,零电荷点pHZPC在pH为8左右;AlOxHy-Fn可快速吸附As(Ⅲ)和As(Ⅴ),且反应24 h后的平衡吸附量分别为0.60和3.41 mg/g,朗格缪尔模型可以很好地描述As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在AlOxHy-Fn表面的吸附,且As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的最大吸附容量分别为13.63和63.27 mg/g;AlOxHy-Fn在pH=4~10范围内对As(Ⅴ)去除率在90%以上,As(Ⅲ)在中性和弱碱性pH范围内吸附效果较好,但去除率仍在32%以下。AlOxHy-Fn表面性质、砷形态分布特征等对As(Ⅲ)与As(Ⅴ)的吸附有重要影响,电负性As(Ⅴ)较电中性As(Ⅲ)更容易吸附在AlOxHy-Fn表面。AlOxHy-Fn吸附除砷过程中,在pH为6时氟溶出量最低(0.40 mg/g),过高或过低pH均会导致氟溶出量增大;氟溶出量与As(Ⅴ)吸附量之间有明显正相关关系(R2=0.97),但与As(Ⅲ)吸附量无相关关系;铝溶出量在pH为4~10范围内均很低。将AlOxHy-Fn回用作为除砷吸附剂去除工业含砷废水的砷具有良好的技术经济可行性,且将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ)是提高去除效果的重要手段。     

ZnO/Lix Ni1-xO光催化降解甲基橙的研究

采用溶胶凝胶法制备LixNi1-xO和ZnO粉体,利用球磨法制备ZnO/LixNi1-xO复合粉体,以紫外光为光源,通过降解甲基橙,研究了锂掺杂及n-p复合对氧化镍的光催化性能影响.结果表明:当投放量为0.1 g/L,x≤0.075(摩尔分数)的锂掺杂氧化镍均比未掺杂氧化镍的光催化活性高.当锂掺杂摩尔分数为0.025,...     

Oxidative dealkylation of five phenylurea herbicides by the fungus CunninghamellaechinulataThaxter

Microorganisms isolated from soil degrade phenylurea herbicides via two major pathways: (i) direct hydrolysis by an amidase leading to N,O-dimethylhydroxylamine, CO₂ and aniline¹ and (ii) N-dealkylation, which has been described as the first step in urea herbicide degradation by a variety of organisms including mammals, plants and microbial systems (for a review see reference 2).Until now no attempts have been made to investigate the mechanism of N-demethylation of substituted ureas in soil microorganisms, due to the instability of the N-hydroxymethyl intermediates. This reaction mechanism has only been described in detail in green plants^3–5. As among soil fungi Phycomycetes are known to demethylate phenylurea herbicides^6,7 this study has been made to identify intermediate hydroxymethyl compounds from urea herbicides, when incubated with the fungus $\text{Cunninghamella echinulata Thaxter}$.     

H4SiW12O40/TiO2/beads光催化降解亚甲基蓝的研究

以钛酸四丁酯为原料，空心微珠为载体，采用溶胶凝胶法制备TiO₂/beads光催化剂载体，然后浸渍法制备出H₄SiW₁₂O₄₀/TiO₂/beads表面负载修饰型复合光催化剂，并运用SEM、XRD、FT-IR和DRS对催化剂进行表征和分析。研究了H₄SiW₁₂O₄₀/TiO₂/beads对亚甲基蓝降解的光催化活性，考察了光强度、pH值、曝气量、底物浓度和催化剂用量等对催化效率的影响。实验结果表明，在中性条件下，H₄SiW₁₂O₄₀/TiO₂/beads催化剂的投加量为0.25 g/L，浓度为7.5 mg/L的亚甲基蓝溶液在250 W的紫外灯和600 W的可见光灯下光照60 min降解率分别可达到94.5%和55%。     

Fe2O3-Cr2O3/TiO2系列催化剂的结构和脱硝性能

研究以纳米TiO2为载体,浸渍负载过渡金属氧化物,以CO为还原剂的脱硝催化剂的脱硝性能。实验中以计算量的Ni(NO3)2和Fe(NO3)3混合溶液浸渍纳米TiO2粉末,室温下搅拌30 min至混合均匀,放入旋转蒸发器中,70℃下至水分蒸干为止;所得粉末在550℃下、空气气氛中焙烧4 h即得所需催化剂。用以上方法分别制备2%Fe2O3-10%Cr2O3/TiO2、4%Fe2O3-8%Cr2O3/TiO2、6%Fe2O3-6%Cr2O3/TiO2、8%Fe2O3-4%Cr2O3/TiO2与10%Fe2O3-2%Cr2O3/TiO2等5种催化剂样品。实验结果表明,制备的催化剂具有较好的结构,分散较为均匀。对于CO+NO反应,Fe2O3-Cr2O3/TiO2系列催化剂具有较好的催化活性,NO的转化率都达到了100%。其中,10%Fe2O3-2%Cr2O3/TiO2样品具有最好的低温活性,H2-TPR结果表明,这是由于10%Fe2O3-2%Cr2O3/TiO2催化剂更易于被CO预还原。