Ag/TiO2光电催化降解染料及出水有机质影响机制

本研究以阳极氧化法结合电化学沉积法成功制备的具有高度整齐有序纳米管结构的Ag/TiO₂纳米管阵列（Ag/TNTAs）为阳极,碳/聚四氟乙烯为阴极构建光电催化（PEC）体系.并探究其光电催化降解甲基橙（MO）效能,结果表明,Ag/TNTAs光电催化降解能力（68.2%）远高于光催化（18.9%）、电化学氧化（38.2%）和直接光解;另外在水质净化厂出水有机质（EfOM）参与的光电体系中,当EfOM的初始浓度小于或等于1.0mgC/L时,其对光电催化降解MO起到促进作用,其中当其浓度为0.4mgC/L时促进作用最为明显.而高浓度的EfOM则抑制光电催化活性.此研究表明光电催化体系能高效催化染料降解,且EfOM能在一定阈值范围内促进光电催化降解污染物.     

氧气热处理的TiO2纳米管阵列光电催化降解亚甲基蓝的研究

采用原位阳极氧化法在Ti基底上制备了高度有序的TiO2纳米管阵列薄膜,SEM图像表明TiO2纳米管定向排列整齐,分布均匀,其管径范围在70～100 nm.XRD结果证明,阳极氧化法制备的TiO2纳米管为无定型晶型,经退火后为具有良好光催化活性的锐钛矿型.以亚甲基蓝（methylene blue）为目标物研究了TiO2纳米管光电催化性能及影响因素,结果表明,以0.1 mol/L NaCl为电解质,在氧气热处理气氛下,外加偏压为0.5 V、pH=3.25、光照强度为1 000μW/cm2、纳米管薄膜表面积为2 cm×2 cm且MB初始浓度为10 mg/L的条件下,TiO2纳米管阵列薄膜光电催化降解MB的降解效率可达99.56%.电化学阻抗谱分析显示,光电催化降解过程的速控步骤均为表面反应步骤,外加偏压减小了界面电荷转移阻抗,提高了光生载流子的分离效率.     

多孔TiO2薄膜电极/泡沫镍硬模板制备及其光电催化性能

以泡沫镍为载体,活性炭为造孔剂,采用硬模板法制备泡沫镍负载多孔TiO2薄膜(Porous TiO,films/foam nicel,PTFN)电极,并利用XRD和SEM等测试手段对其结构进行表征.同时,通过亚甲基蓝溶液的光电催化降解反应,对其光电催化活性进行评价,并探讨阳极偏压、通气速率、亚甲基蓝初始溶液浓度和活性炭造孔剂量对降解效率的影响规律.结果表明:相对于未加模板造孔剂的TiO2薄膜电极的光电催化性能,泡沫镍负载多孔TiO2薄膜具有更好的光电催化性能,原因是高比表面积电极有利于为光电催化提供高浓度的亚甲基蓝分子,使反应速率加快;另外,存在最佳的光电催化降解条件,即当外加阳极偏压为3 V,通气速率为40 L·h-1,n(活性炭造孔剂最):n(前驱体中钛)(即C/Ti)为10％,亚甲基蓝溶液初始浓度为1mg·L-1时,光电催化降解效率最高.同时,研究发现,亚甲基蓝在光电催化降解过程中,通过自由基的氧化发生了C=N键的断裂去甲基化,最后被降解为H2O、CO2和SO42-、NO3-、Cl-离子.     

高度有序的TiO2纳米管阵列光催化性能研究

采用恒压阳极氧化法在纯钛箔表面制备TiO2纳米管阵列,利用SEM和XRD对其进行了形貌和晶型的分析和表征,并通过TiO2纳米管阵列膜对甲基橙光催化降解,探讨光照时间、甲基橙溶液的初始浓度、溶液的初始pH值和H2O2加入浓度等因素对甲基橙的脱色率影响.结果表明,H2O2加入浓度为50mg·L-1,紫外光照射2h,溶液为中性时,在30 mg·L-1的甲基橙溶液(50mL)中,甲基橙溶液的脱色率达到100%.当H2O2加入浓度进一步增大到100 mg·L-1时,光催化的效率进一步提高,紫外光照射1h,甲基橙溶液的脱色率就已经达到了100%,并未出现抑制光催化的现象.同时还研究了TiO2纳米管阵列电极的稳定性.实验结果表明,随着TiO2纳米管阵列使用次数的增加,其光催化效果略有所下降.     

石墨烯修饰的二氧化钛纳米管电极光电催化去除铜氰络合物研究

首先采用阳极氧化法制备了二氧化钛纳米管电极,进一步通过电化学循环伏安法制备了石墨烯(GO)修饰的二氧化钛纳米管电极.同时,采用SEM对电极的形貌进行了表征分析.光电化学测试分析结果表明,石墨烯修饰二氧化钛纳米管电极的电极光电响应性能得到了提高.最后,采用制备的电极为光阳极,通过光电催化氧化方法对铜氰络合物进行了去除研究.结果表明:在电压为2.0 V的条件下,采用二氧化钛纳米管电极,反应120 min后,剩余总氰的含量及铜的回收率分别为4.0%和96.3%;采用石墨烯修饰的二氧化钛纳米管,反应60 min后,剩余总氰的含量及Cu的回收率分别为0.3%和99%.可以看出,经石墨烯修饰的二氧化钛纳米管显示出了较好的光电催化去除铜氰络合物的效果.     

Ti-MCM-41的微波水热法合成、表征及其催化氧化性质研究

本研究利用微波水热法合成Ti-MCM-41,并采用XRD、FTIR、BET、XPS及TEM等技术对材料进行表征.同时,使用甲基橙溶液作为光催化氧化的对象,对光催化剂的氧化性能进行考察.实验结果表明:利用微波水热法合成Ti-MCM-41,可将合成时间缩短至3 h,能够大大缩减反应时间并节省能源.通过在MCM-41多孔结构中掺杂钛,可明显提高其光催化活性.在酸性溶液中,Ti-MCM-41的催化氧化效率较高.XRD、FTIR、BET、XPS及TEM等表征结果表明,钛成功地掺入到了MCM-41中,并未破坏其多孔有序的结构,Ti-MCM-41同时兼具介孔材料的高比表面积和二氧化钛的光催化性能,有利于在环境污染修复上的应用.     

适于工业应用的TiO2纳米管的阳极氧化法制备

通过阳极氧化法制备了适于工业应用的大尺寸二氧化钛纳米管阵列.考察了电极形状和面积、氧化电压、氧化时间、预处理等因素对阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列形貌的影响.结果显示,电极形状对纳米管的制备没有影响;阳极氧化前打磨与否对纳米管也没有影响;氧化电压、氧化时间和电极面积对纳米管的影响较大,只有在合适的电压和时间下才能制成纳米管阵列.电极面积影响电流密度,从而影响纳米管的形貌,试验中电极最大面积为360cm2.通过试验得出工业化制备二氧化钛纳米管阵列的最佳条件是电压20V,电解时间30min,反应前不用进行打磨.实验结果显示制成的纳米管阵列对强酸强碱的耐受力强,完全可以适应工业化废水的pH变化.     

铬掺杂TiO2液相沉积膜可见光下降解甲基橙研究

实验用液相沉积法制备铬掺杂改性的二氧化钛(Cr-TiO2)薄膜电极,并在可见光下利用制备的电极对甲基橙溶液(MO)进行光电降解实验研究.并对制备的薄膜进行光电流(I-t)、交流阻抗(EIS)和Mott-Schottky等电化学相关表征.当掺杂浓度为0.2％时,薄膜电极具有最好的光电催化活性.在以0.2％ Cr-TiO2...     

La/Fe共掺杂TiO2纳米管阵列光催化降解制糖废水

利用阳极氧化法在0.5％(质量分数)HF电解液中20V电压下,对抛光处理过的钛片进行阳极氧化20 min,制得有序的TiO2纳米管阵列.同时,以甲基橙为目标降解物,20 W紫外灯(λ=253.7 nm)为光源,探讨了制备La/Fe掺杂TiO2纳米管阵列的最优工艺条件,并利用SEM、XRD对La/Fe掺杂前后TiO2纳米...     

S掺杂无定形TiO2的制备及可见光催化活性

以硫脲为硫源,采用溶胶-凝胶法和低温煅烧法制备S掺杂二氧化钛(S-TiO_2),用XRD、TEM、XPS、FTIR和UV-vis DRS等方法对其进行表征,以水溶液中甲基橙(MO)为目标污染物,评价了其在可见光(λ400 nm)下的催化性能。结果表明,300℃条件下制备的S-TiO_2为无定型态,呈不规则表面粗糙的类片状结构;S-TiO~(4+)_2中Ti以Ti~(4+)和Ti~(3+)存在,S分别以S~(6+)和S的氧化态存在并取代TiO_2晶格中部分Ti,形成Ti-O-S结构,缩小了TiO_2的带隙,增强了其在可见光下的光催化活性。S掺杂量对催化活性有一定的影响,S掺杂量为3%的无定形S-TiO_2(300)催化剂对甲基橙有较好的催化降解效果,光生空穴在降解有机物中起重要作用。     

酸性冲击对微生物电解产氢阳极菌群影响及功能基因变化解析

微生物电解产氢工艺是借助能够直接与电极传递电子的功能菌在阳极降解有机质并将产生的电子在阴极与质子结合回收氢气能源的新技术.采用市政废水在固定外加电压相同条件下直接启动15个反应器,以葡萄糖为碳源驯化获得电极功能菌群,稳定运行1个月获得反应器稳定产氢和伴随产甲烷效能.初始稳定时采用pH为7的磷酸盐缓冲液可以获得稳定的产气量,平行反应器表现出不同的氢气和甲烷产量.最高产氢反应器的氢气转化率为32.2%,氢气产率为(3.9±0.6)mol·mol-1(以每mol葡萄糖产生的H2量(mol)计,下同);相同条件下最低产氢效率反应器的甲烷转化率则可达到48.4%.通过48 h阳极生物膜的酸性冲击试验对阳极菌群功能恢复效果进行分析,发现消除冲击10~15 d反应器的电子传递效率得到恢复,但功能菌群多样性增加,氢气与甲烷比例发生变化.最高产氢反应器氢气产率降低1.8 mol·mol-1,而甲烷增量为0.4 mol·mol-1(以每mol葡萄糖产生的CH4量(mol)计,下同).通过关键功能基因分析发现,初始产氢效能高的反应器功能菌群中电子传递功能菌优势较大;阳极功能菌群受到短暂酸性冲击后,基于细胞色素C基因的相关菌群能够较快恢复,其电子传递能力恢复更快;与碳源降解和产甲烷相关基因群落受酸性冲击后变化较为显著,甲烷增量与氢气减少量基本符合反应计量关系.     

K2S2O8强化g-C3N4薄膜电极光电催化降解Cu(CN)32-并同步回收Cu

采用高温液相生长法制得g-C_3N_4薄膜电极并作为光阳极,以石墨毡作为阴极,建立了光电催化系统.通过对比光电催化体系、K_2S_2O_8体系以及外加K_2S_2O_8到光电催化体系,发现在光电催化系统下外加K_2S_2O_8可以有效地提高光电催化降解Cu(CN)_3~(2-)的效率,并实现了Cu在阴极上的有效回收.探究了K_2S_2O_8投加量对CN-降解率和Cu回收率的影响,发现当K_2S_2O_8浓度为1 mmol·L~(-1),偏压为1.0 V时,CN-的去除率和Cu回收率分别达到86.23%和82.11%.通过SEM、EDS和XPS分析阴阳极表面形貌,发现部分Cu+被氧化以CuO的形式存在于沉淀和阳极表面,大部分铜离子通过电化学还原作用以单质铜的形式沉积于阴极表面,铜离子有效地从体系中去除.电子顺磁共振及淬灭实验分析表明,CN-的氧化去除是硫酸根自由基(SO·-4)氧化和非自由基氧化共同作用.     

掺铁TiO2纳米管阵列模拟太阳光光电催化降解双酚A的研究

双酚A(BPA)是一种典型的内分泌干扰物,其处理技术的开发对环境治理和人类健康都非常重要.以氙灯为模拟太阳光光源,掺铁Ti O2纳米管阵列(Fe/TNA)为光阳极,对BPA进行光电催化降解实验研究.通过场发射扫描电镜、X射线衍射以及紫外-可见漫反射表征Fe/TNA的形貌、物相和光吸收性能.结果表明,与纯Ti O2纳米管阵列(TNA)相比,Fe/TNA光吸收边界发生红移,在可见光区的吸收增强.考察Fe掺杂量、电流密度、不同阴极材料下曝气速率等因素对光电催化降解BPA的影响.结果表明,降解反应符合准一级反应动力学方程,在以0.9 mol·L-1Fe(NO3)3浸渍改性的Fe/TNA为光阳极、钛箔为阴极,电流密度为1.15 m A·cm-2的条件下反应4 h,10 mg·L-1BPA降解率可达72.3%,反应速率常数为5.32×10-3min-1,分别是以TNA为光阳极时的1.24倍和1.52倍;曝气可提升光电催化降解BPA的效果,以钛箔为阴极,曝气速率为1.0 L·min-1和以碳布为阴极,曝气速率为0.2 L·min-1条件下降解4 h,BPA的降解率分别可达82.7%和94.1%,反应速率常数分别为7.20×10-3min-1和11.6×10-3min-1.     

Ti/RuO2-IrO2电极电化学方法降解溶液中TBBPA及其降解机理探究

四溴双酚A(TBBPA)是世界上产量和用量最大的溴代阻燃剂之一,在河流、底泥及污水中持久存在,严重威胁环境和人体健康.探讨了阳极为Ti/RuO_2-IrO_2电极的电化学法对溶液中TBBPA的降解效率,并考察了电流密度(5~20 m A·cm~(-2))、初始pH值(3~11)、极板间距(1~3 cm)及电解质浓度(1~40 mmol·L~(-1))对降解速率的影响.研究结果表明,TBBPA的降解遵循一级动力学方程,在溶液初始浓度为5 mg·L~(-1)、电流密度为10 mA·cm~(-2)、电解质浓度为5 mmol·L~(-1)及极板间距为1 cm的条件下,60 min后TBBPA的降解率可达97.2%,且降解速率常数和半衰期分别为0.060 min~(-1)和11.6 min,能量消耗为105.3 k Wh·m~(-3).同时运用HPLC-MS/MS检测出中间产物双酚A(BPA)和2-溴苯酚,并推断其降解途径主要为在羟基自由基(·OH)作用下连续的脱溴过程中,苯环与异丙基之间的C—C键断裂生成BPA和2-溴苯酚.电化学法是一种高效的、有潜力的降解难降解有机污染物的方法,本文将为今后实际废污水中TBBPA的去除提供基础数据和技术参数.     

核壳结构KNbO3@Co(OH)2的制备及其活化过一硫酸盐降解帕珠沙星的研究

制备了以KNbO₃为载体材料的Co（OH）₂复合材料并对其进行了详细的表征,分析了材料的组成成分、组成形态进而确定了其为核壳结构形貌的KNbO₃@Co（OH）₂.利用合成的样品作为催化剂活化过一硫酸盐（peroxymonosulfate,PMS）来降解帕珠沙星（pazufloxacin,PZF）,结果表明制备的催化剂对PZF的去除效率显著增加.讨论了不同初始PMS剂量对降解效率的影响,发现随着PMS增加可活化生成更多的硫酸根自由基（sulfate radicals,SO₄^·-）和羟基自由基（hydroxyl radicals,HO^·）来降解PZF,但继续增大PMS用量降解效率未见明显提升.酸性和中性pH值条件下利于反应活化PMS降解PZF,而碱性体系减缓反应,甚至强碱体系更易形成Co（OH）₂沉淀不利于反应体系中活性组分CoOH⁺的形成,大大抑制了催化性能.此外,在体系中加入淬灭剂叔丁醇（tert-Butanol,TBA）或者乙醇（ethanol,ETOH）进行自由基的淬灭实验,结果表明SO₄^·-自由基为体系降解PZF过程中主要贡献的自由基,而HO^·自由基的贡献较少.催化剂具有较好的稳定性5次循环之后仍能在10 min之内完全去除PZF.本研究提出了新的思路为制备其他载体的Co（OH）₂核壳结构提供参考依据,同时将该催化剂结合高级氧化技术应用到水体新兴有机污染物净化领域具有很好的应用前景.     

纳米Fe3O4/CeO2-H2O2非均相类Fenton体系对3,4-二氯三氟甲苯的降解

以浸渍法制备的新型纳米Fe3O4/Ce O2为催化剂,3,4-二氯三氟甲苯(3,4-DCBTE)为目标污染物,在Fe3O4/Ce O2-H2O2非均相类Fenton体系中对目标污染物的降解进行研究,考察催化剂的催化效果和温度、p H、H2O2投加量等因素对催化剂催化效果的影响.结果表明,以纳米Fe3O4/Ce O2作为催化剂的非均相类Fenton体系对3,4-二氯三氟甲苯的处理效果极佳;随着温度的升高,纳米Fe3O4/Ce O2的催化效果不断提高;在偏酸性环境中,p H越低催化效果越好,p H=2时反应去除效率可达96.67%;随着H2O2投加量的增加,3,4-二氯三氟甲苯的降解效率先提高后降低,投加量为15 mg·L-1时去除效果最好可达99.47%;随着催化剂投加量的增加,同样出现了处理效果先升高后降低的现象,投加量为0.5 g·L-1时催化效果最好可达99.64%.在以纳米Fe3O4/Ce O2为催化剂的非均相类Fenton体系中,3,4-二氯三氟甲苯的降解符合一级反应动力学,反应所需活化能较低只需30.26 k J·mol-1.     

MnO2/CFP复合电极的制备及电吸附Pb2+特性的研究

电极材料的形貌结构与电化学性能等将直接影响着电吸附效果.本研究将二氧化锰(Mn O2)通过电沉积的方法负载于碳纤维纸(CFP)材料上,制备获得了Mn O2/CFP复合电极.所制得的Mn O2/CFP复合电极电化学性质稳定、电容量高,复合电极的单位质量比电容量可高达360 F·g-1.用此电极对初始浓度为6 mg·L-1左右的Pb2+溶液进行电吸附,考察了电沉积时间、电压、p H值等因素对复合电极电吸附效果的影响.结果表明,沉积时间为500 s、电压值为1.0 V、p H值为5.0的条件下可获得最佳的电吸附效果,电吸附3 h后原溶液中残留Pb2+达到0.01 mg·L-1以下,去除效率高达99%以上.本研究为水中重金属离子的去除提供了新的技术选择.     

超声、紫外增强H2O2/KI降解磺胺甲基嘧啶

实验以H_2O_2和KI作为分子碘(I2)的来源,研究比较了超声、紫外分别增强H_2O_2/KI降解磺胺甲基嘧啶(sulfamerazine,SMR)的效果、主要影响因素、分子碘的生成、主要活性物种和产物.结果表明,超声、紫外均能有效增强H_2O_2/KI对磺胺甲基嘧啶的降解,超声的增强效果明显;pH值对磺胺甲基嘧啶的去除率影响较大,pH为2.6~5.6,去除率随pH升高而降低;自由基抑制结果表明,碘自由基(I·和I-2·)是超声、紫外增强H_2O_2/KI降解磺胺甲基嘧啶的主要活性物质.HPLC/MS/MS分析检测到一碘代苯.     

TiO2光催化降解PFOA的反应动力学及机制研究

全氟辛酸(PFOA)是一种新的持久性有机污染物,其处置技术是研究的热点.以UV254 nm紫外灯为光源,采用商品TiO2(P25)对PFOA进行光催化降解实验,并考察pH、TiO2用量、初始浓度、反应气氛对降解的影响.结果表明,反应符合准一级动力学方程,pH对反应有重要影响,氧气存在下能提高反应效率.在pH为3,TiO2用量为1.5 g·L-1,通入空气条件下反应7 h实现基本降解,速率常数为0.4206 h-1.投加俘获剂实验表明,空穴(h+)是主要的活性物质,其对反应速率贡献率为66.1%;羟基自由基(·OH)也参与PFOA的降解过程;投加NaF实验表明,PFOA在TiO2上吸附是反应发生的首要条件.UPLC-QTOF/MS分析表明,PFOA光催化降解逐级生成短链全氟羧酸(PFCAs).