TiO2/ACF复合材料吸附-光催化降解甲醛的实验研究

甲醛作为对人类具有高致癌风险的有机污染物，对其工作场所的安全要求也越来越严格。其减少及脱除需要发展更加高效的技术手段。本文以甲醛为目标化合物，在自行设计的气相光催化反应器中，以254nm紫外灯作光源，研究其在TiOE／ACF复合材料上的吸附一光催化降解行为。探讨了甲醛的初始浓度，光照强度、空气湿度等对甲醛吸附一光催化降解效率的影响。初步探讨了甲醛的降解机理。结果表明：TiOE／ACF复合材料对甲醛具有极好的降解效果，较低浓度的甲醛，经2h光照，甲醛蒸气降解率达到99．9％（初始浓度为1．93mg／m^3）；甲醛降解率随空气湿度增加而明显增加，适当地水分加入有利于产生羟基活性自由基，促进催化降解反应。实验结果对降低污染区域工作人员的职业中毒风险有重要的意义。     

石墨烯/二氧化钛复合光催化组件的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了石墨烯/二氧化钛复合材料,通过XRD、SEM对其微观结构进行了表征;在多孔陶瓷上负载了GO/TiO_2复合材料制成光催化组件,在250W汞灯照射下,测试了光催化组件对甲苯的催化活性和再生能力。结果表明,当添加5%GO时GO层片上TiO_2结晶完全,GO的加入增加了TiO_2对甲苯的光催化活性和再生能力,当添加量为20%时,60 min后对甲苯降解率可达到97%。     

分子印迹TiO2的制备及性能研究

以水杨酸为模板分子制备了分子印迹纳米TiO_2材料,对分子印迹前后的纳米材料降解水杨酸的催化活性进行测定,并用SEM,BET和UV-Vis等对其微观结构及形貌特征进行表征。由实验结果分析可得,分子印迹改性对纳米TiO_2粉体的催化性能有显著影响。分子印迹TiO_2紫外光下催化降解水杨酸溶液,180 min脱色率达到97%以上。在苯甲酸、水杨酸混合液中进行光催化降解,分子印迹TiO_2优先降解水杨酸,选择因子达到2.37。因而分子印迹改性有效地改善了TiO_2的催化效率和降解的选择性。     

TiO2/ACF的Sol-Gel法制备及其对甲基橙的去除历程

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2/ACF复合材料.采用SEM、低温液氮吸附对TiO2/ACF复合材料的结构进行表征.以甲基橙为模型物考察TiO2/ACF对液相有机污染物的去除性能.通过液相色谱-质谱联用技术(HPLC-MS)检测紫外光照射下TiO2/ACF和TiO2去除甲基橙过程中中间产物的种类与分布.结果表明:随着涂覆次数增加,复合材料比表面积下降,TiO2涂层变厚、开裂,部分TiO2脱落;煅烧温度决定TiO2晶型结构和晶粒尺寸.涂覆2次、煅烧温度450 ℃所得TiO2/ACF具有最高催化活性,100 min内对甲基橙的去除率高达100%,且循环使用5次后对甲基橙的去除率仍可达83.4%.ACF的负载减少了甲基橙去除过程中中间产物的种类和含量.在以TiO2为光催化剂时检测到3种中间产物,甲基橙主要经过中间产物的路径被降解;而在TiO2/ACF上以直接光催化降解为主,中间产物种类、数量均低于TiO2.     

水热法制备纳米TiO_2处理垃圾渗滤液的实验研究

以钛酸四正丁酯为原料,采用水热法制备纳米TiO_2材料,经过高温煅烧后,对其降解垃圾渗滤液的催化活性进行测定,并用XRD,TEM和UV-Vis对其晶体结构进行表征。实验结果表明,水醇比、水热温度和酯加入量对TiO_2催化效率有显著的影响,当水醇比为1∶3、煅烧温度500℃、水热时间4 h、Ti(OC_4H_9)_4加入量为10 m L条件下制备的TiO_2粉末光催化活性最好,对垃圾渗滤液的降解在180 min时均可以达到73%,COD的去除率可达76.92%。     

一种复合催化剂及其光催化降解煤矿瓦斯的性能研究

为提高催化剂光催化降解煤矿瓦斯效率,运用溶胶-凝胶浸渍过程将具有优异吸附性能的活性炭颗粒引入催化剂,制备了新型复合催化剂Ga2O3/AC。采用XRD、SEM、N2吸附等方法对新型复合催化剂的结构形貌及比表面积进行理化表征,验证了复合催化剂制备方法的可行性。同时以真空紫外灯为光源,进行光催化氧化降解瓦斯的模拟实验,对比考察Ga2O3、活性炭颗粒及复合催化剂的光催化活性。结果表明,相比单一Ga2O3,复合催化剂光照时间为180 min后对甲烷的降解率提高了13%,达到100%去除率。     

Fe2O3/TiO2异质结材料的制备及其可见光降解阿莫西林研究

为了拓宽TiO_2的可见光响应范围,使其在可见光下能有效光催化降解阿莫西林,采用乳液法和浸渍法合成了Fe_2O_3包覆的Fe_2O_3/TiO_2异质结材料,运用XRD、SEM、EDS、Raman、UV-Vis等技术对其进行了表征,并将其用于阿莫西林模拟废水的可见光催化降解,考察了催化剂用量、阿莫西林初始质量浓度、光照时间及重复使用次数对材料的光催化活性的影响。制得的样品为锐钛矿晶型,其颗粒粒径为280~350 nm,Fe_2O_3与TiO_2之间形成了异质结结构,有效抑制了光生电子-空穴对的复合,拓宽了TiO_2的可见光响应范围;此外,Fe_2O_3/TiO_2异质结的光催化性能明显优于TiO_2及Fe_2O_3;当Fe_2O_3/TiO_2添加量为5 g/L、阿莫西林初始质量浓度为20 mg/L、光照60 min时,阿莫西林的去除率可达71.2%,且其重复利用性能良好。所制的Fe_2O_3/TiO_2异质结材料能较好地光降解模拟废水中的阿莫西林,有望在抗生素废水的实际治理中得到应用。     

乐果UV-TiO_2光催化降解产物对LGX9敏感菌株的毒性

为准确反映乐果UV-TiO2光催化液对环境生物的毒性作用,以乐果敏感菌株LGX9为受试对象,研究了TiO2、H2O2、Fe2+、通入空气、初始pH值等因素对乐果UV-TiO2光催化液降解率及抑菌率的影响规律。结果表明,当乐果初始质量浓度为200 mg/L、反应温度为30℃时,在反应体系TiO2质量浓度1.0 g/L、H2O2浓度0.025 mol/L、Fe2+浓度0.002 mol/L,且以3.5 L/min通入空气、初始pH值为1的条件下,反应1 h后,乐果降解率为92.70%,对LGX9菌株生长已无抑制作用。研究表明,利用乐果敏感菌株LGX9可以有效反映乐果光催化降解液对环境的毒性作用。     

光催化氧化处理皂素生产双烯废水

采用活性炭物理吸附和Fenton光催化氧化技术处理皂素生产双烯过程中产生的生物难降解废水.通过测量化学需氧量(CODCr)得到降解效果过程.当在可见光(λ＞420 nm)照射下,pH=3.0,n(Fe2 ):n(H2O2)=1:7.49时,废水的降解率为71.2%.为比较不同光源的影响,在相同条件下,分别采用紫外光(330 nm＜λ＜380m)、太阳光、可见光(λ＞420 nm)3种不同光源,结果表明,120 min光催化降解COD去除率分别为94.3%、90.3%及71.2%,结合活性炭吸附处理均可达到废水排放标准.多次添加H2O2与一次添加H2O2的试验结果表明,多次添加可以提高H2O2的利用率,节约H2O2的投加量.     

活性炭负载TiO2光催化剂的制备及光催化性能的研究

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2/活性炭(TiO2/AC)复合光催化剂,并考察载体粒度、浸渍时间、煅烧温度对其光催化降解腐殖酸性能的影响,确定了最佳条件.利用XRD(X射线衍射)、氮吸附等手段对复合催化剂的物理特性进行了表征;探讨了催化剂投加量、重复使用次数等因素对光催化降解腐殖酸反应的影响.结果表明:试验制备的TiO2/AC复合催化剂具有大的比表面积,纳米TiO2晶粒为锐钛矿型且尺寸较小;催化剂投加量为2 g/L、反应3 h,可去除腐殖酸溶液的UV254值96%,具有比简单悬浮体系更高的光催化性能.     

TiO_2/GO纳米复合材料对制药废水的光催化处理

本实验采用水热法制备了石墨烯(GO)负载纳米TiO_2材料,对负载前后的纳米材料降解制药废水的催化活性进行测定,并用SEM、FTIR和UV-vis对其晶体结构进行表征。由实验结果分析可得,石墨烯的成功负载对纳米TiO_2粉体的催化效率有显著影响,TiO_2/GO复合物对制药废水的色度降解在30min时可以达到95%以上,180min时COD去除率可达78%。     

铋酸钠可见光光催化氧化水中苯胺的研究

采用铋酸钠为催化剂,在可见光条件下光催化氧化处理苯胺,分别采用单因子试验和正交因子试验研究了苯胺初始浓度、苯胺废水初始pH值、催化剂投加量对氧化效果的影响,分析了光催化动力学模型和动力学速率方程。结果表明,铋酸钠光催化氧化能够快速降解水中的苯胺,试验中各条件下苯胺的降解率2h后最低也可达到60%以上,一些条件下甚至可达95%以上;正交试验表明最佳运行条件为pH=5,催化剂投加量为1 g/L,苯胺初始质量浓度为20 mg/L;铋酸钠光催化氧化苯胺符合Langmuir-Hinshelwood一级动力学模型及其动力学速率方程;苯胺初始质量浓度从20 mg/L增加到60 mg/L时,反应速率从0.040 2min-1降至0.022 2 min-1。     

TiO2悬浮体系光催化降解壬基酚的研究

研究了以悬浮态TiO2为催化剂,在H2O2存在的条件下,壬基酚的光催化降解反应.分别研究了pH值、TiO2和H2O2的加入量、壬基酚的初始质量浓度以及光照时间对降解反应的影响.结果表明:在pH=5,30 mg/L的H2O2中,初始质量浓度为20 mg/L壬基酚的溶液光照180min后,降解率达54.42%.     

Fe2O3/UV/H2O2光催化法降解造纸废水的研究

以Fe2O3为催化剂,高压汞灯为光源,对造纸废水进行光催化法降解实验研究,初步分析了光催化法处理废水的基本原理,对不同反应体系的处理效果进行比较并讨论了Fe2O3用量、H2O2用量、pH值、反应时间等影响处理效果的主要因素.研究结果表明,Fe2O3/UV/H2O2体系能有效、快速地降低造纸废水的COD.实验考察了Fe2O3用量、H2O2用量、pH值、反应时间等因素对降解效果的影响,得出的最佳的降解条件及效果为:室温下Fe2O3用量为1.0 g/L,H2O2用量为0.5%(体积比),pH值为3.0,300 W高压汞灯照射下反应3 h后废水的CODCr去除率达到93.3%,出水CODCr降到54 mg/L.光催化反应体系中,Fe2O3的光催化氧化在有机物的降解反应中起着主要作用.由于Fe2O3和H2O2能发生协同作用,因此在反应体系中加入适量H2O2可以提高光催化反应效率和反应速度,大大提高了对造纸废水的处理效果.反应体系中的催化剂可回收处理后重复使用多次,对处理效果没有明显影响.     

纳米TiO2-x (BN)x材料制备及其光催化性能研究

首次使用常温络合-控制水解法,以TiCl_4、氨水、尿素、硼酸、有机羧酸为主要原料,制备了硼氮共掺杂的纳米TiO_2光触媒乳液。样品的粒径、晶型、元素类型、光吸收能力及结合键能分别通过纳米激光粒度分析仪、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、X射线光电子谱仪(XPS)等进行表征。结果表明:当B和N离子的掺杂物质的量分数为0.1%时,溶液中粒径最小,达到3.4 nm;掺杂少量B和N离子并不会改变TiO_2的晶型;测量值与实际投料值一致;在TiO_2中加入适量B和N离子,会使其光谱吸收范围红移;掺杂的B和N离子进入了TiO_2晶格,分别形成了O—Ti—N键和B—N键。以酸性红3R染料为降解材料,研究了硼氮共掺杂纳米TiO_2光触媒的催化特性。结果表明,当物质的量分数为0.1%、回流时间为10 min、溶液p H=3时,光催化性能最好,原因可能是10 min的回流时间使光触媒复合乳液达到稳定,溶液p H=3时,光触媒表面吸附的染料分子数与表面的羟基数达到了平衡。动力学研究表明酸性红3R染料的降解符合一级反应动力学。试验结果与表征结果一致。     

“Cu核-Cu2O壳”粒子可见光催化降解酚类废水的研究

以对硝基苯酚溶液为模拟废水,用自制的"Cu核-Cu2O壳"粒子对其进行光催化氧化试验,考察了光照时间、催化剂用量、对硝基苯酚的初始质量浓度、溶液的pH值和光源等对降解过程的影响。结果表明,对硝基苯酚溶液质量浓度为40 mg.L-1,催化剂投加量为2g.L-1,光照120min后降解率达到95%,降解反应符合一级反应动力学。与其他同类光催化剂相比,"Cu核-Cu2O壳"粒子具有较高的光催化活性,而且光催化过程中有氢氧自由基产生,对对硝基苯酚的降解较彻底。     

复合催化剂H4SiW12O40/TiO2的制备及其光催化降解TNT研究

采用溶胶-凝胶与溶剂热相结合的方法制备了一系列介孔复合光催化剂H_4SiW_(12)O_(40)/TiO_2。通过X射线粉末衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和N2吸附-脱附等检测技术对复合催化剂的组成结构、光学吸收特性及比表面积、孔径和孔容进行了表征。X射线粉末衍射分析表明,所制备的催化剂均为典型的锐钛矿晶型。紫外漫反射吸收光谱表明,与纯TiO_2相比,复合催化剂的吸收波长发生了明显红移,一定程度上拓宽了催化剂的光响应范围。N2吸附-脱附结果表明,与TiO_2相比,所制备的复合催化剂的孔径和有序性大幅度提高,粒子的聚集度明显降低。以炸药废水中典型有机污染物三硝基甲苯(TNT)为目标化合物,对所制备的复合催化剂的光催化活性进行了研究。结果表明,H4Si W_(12)O_(40)/TiO_2经修饰改性后,TNT废水中的COD降解率由70.22%提高至95.97%,反应半衰期由4.968 8 h降至1.916 4 h。     

活性炭纤维阴极产生H_2O_2的影响因素研究

考察了电流密度、pH值、曝气量、电解质Na_2SO_4浓度等工艺条件对活性炭纤维(ACF)阴极产生H_2O_2的影响规律。通过测定N_2吸附-脱附等温线和扫描电子显微镜(SEM)等手段观察了ACF的微观结构,从微观结构角度探讨了ACF阴极产生的优势与机理。结果表明,ACF孔隙结构丰富,比表面积大,有利于氧气分子在电极表面及孔道内的吸附-还原过程。当电流密度为5 m A/cm~2,pH=3,曝气量400 m L/min,电解质Na_2SO_4浓度为0.05 mol/L时,电解180 min还原产生H_2O_2的质量浓度高达27.86 mg/L。     

TiO_2/GO纳米复合材料的光催化性能研究

采用水热法制备了石墨烯(GO)负载纳米TiO_2材料,对负载前后的纳米材料降解制药废水的催化活性进行测定,并用SEM、BET和UV-vis等对其晶体结构进行表征。由实验结果分析可得,石墨烯的成功负载对纳米TiO_2粉体的催化效率有显著影响,TiO_2/GO复合材料对制药废水色度降解30 min时去除率可以到达95%以上,180 min时COD去除率可达86%,NH3-N去除率75%,均高于纯TiO_2。同时TiO_2/GO在可见光区域以及重复使用多次之后催化剂的稳定性方面也都比纯TiO_2有明显优势。     

·OH溶液氧化降解土壤中多溴联苯醚的研究

研究了·OH溶液降解土壤中的多溴联苯醚(PBDEs)的可行性,分析了降解机理和影响降解效果的因素.发现羟基对PBDEs有很强的降解能力.当初始质量浓度为3mg/kg时,降解率达到97.54％;降解率随着·OH溶液投加量的增加而增加,当投加量为4 mL/g时,降解率达到96.38％,再增加投加量,降解率增加不明显;温度对降解率的影响很大,在20℃降解率为96.5％,而达到40℃时,降解率只有89.57％;·OH能迅速与污染物发生反应,当反应进行1min后,降解率就达到95.6％,再增加反应时间,降解率增加的很小;采用GC-MS对BDE15的降解产物进行定性分析,发现降解过程中,BDE15被大量降解,并最终被降解为CO2和H2O.