MnO2/FeOOH复合材料对水中U(Ⅵ)的去除及机理试验研究

采用化学沉积法制备了二氧化锰/羟基氧化铁(MnO2/FeOOH)复合材料,并将其用于吸附去除水中的放射性重金属铀。通过静态吸附试验,考察了Fe/Mn物质的量比、pH值、吸附时间和干扰离子等因素对MnO2/FeOOH吸附U(Ⅵ)效果的影响,利用扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)对材料结构和形貌进行表征,并分析其吸附机理。结果表明,在投加量为150 mg/L、温度为30℃、U(Ⅵ)初始质量浓度为10 mg/L、pH值为5、Fe/Mn物质的量比为1/2及吸附时间为120 min的条件下,MnO₂/FeOOH对U(Ⅵ)的去除率最大可达97.7%,且pH值对铀去除效果的影响最为明显。MnO₂/FeOOH对U(Ⅵ)吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线均能符合Langmuir和Freundlich模型,且最大吸附容量达260.34 mg/g。干扰离子试验表明,SO₄^2-、CO₃^2-和Fe³⁺对MnO₂/FeOOH吸附U (VI)几乎没有影响,而Ca²⁺和Cu²⁺具有明显的抑制作用,且抑制随浓度的增大而增强。FTIR和XPS分析表明MnO2/FeOOH对U(Ⅵ)的主要作用机制为表面羟基、Mn-O与铀的配位作用。因此,MnO2/FeOOH可作为一种潜在的铀吸附材料。     

TiO_2纳米管的掺杂改性及对水中强力霉素的光催化去除

TiO2光催化技术可将水体中的抗生素氧化为CO2、H2O和其他无毒的无机物,实现高效氧化处理的目的,且具有发展太阳光的潜力。以TiO2粉末为前驱体,采用水热法制备了未掺杂及掺杂不同比例Ni2+的TiO2纳米管,并对样品进行了SEM、TEM、XRD和UV-Vis等表征。以氙灯(250~800 nm)为光源、强力霉素为降解对象,模拟测试样品在日光下光催化降解抗生素的活性。结果表明:TiO2粉末经水热反应后,生成了分散性较好的具有均匀中空管状结构的TiO2纳米管,管壁多层且两端开口,Ni2+的掺杂不会对TiO2纳米管的微观形貌和晶型结构产生影响;水热法合成的TiO2纳米管的N2吸附-脱附等温线为典型的IUPAC IV型等温线,BJH孔径分布曲线表明生成的TiO2纳米管的内径比较均一;与TiO2粉末相比,未掺杂和掺杂Ni2+的TiO2纳米管具有较好的光吸收能力,随离子掺杂量增加,样品的吸收边出现了明显的红移;当Ni2+掺杂量为1%时,制得的材料对水中强力霉素的光催化去除效果最好,在氙灯光源下反应120 min,对强力霉素的降解率高达78.1%。     

Ni2+掺杂钛纳米管的制备及其对亚甲基蓝的吸附

采用水热法,以硝酸镍为镍源,利用商业二氧化钛(P25)制备Ni2+掺杂钛纳米管。对样品进行扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和比表面积仪(BET)的表征。结果表明:采用水热法生成了均匀的钛纳米管,管壁多层且两端开口;Ni2+掺杂基本没有改变钛纳米管的形态和晶型结构;掺杂5%Ni2+的钛纳米管的比表面积为233.89 m2/g,大于未掺杂的纳米管(187.52m2/g),远大于原料P25(45.6 m2/g)。以亚甲基蓝溶液为降解对象,研究Ni2+的掺杂量、pH值、振荡时间和温度对Ni2+掺杂钛纳米管吸附性能的影响。Ni2+的掺杂量、pH值、振荡时间和温度对Ni2+掺杂钛纳米管的吸附性能具有显著影响。用非线性回归分析对吸附等温线进行拟合,Langmuir吸附模型比Freundlich吸附模型拟合效果好。     

LaCoO3/Bi2MoO6异质结微球在可见光条件下降解四环素的研究

钼酸铋(Bi₂MoO₆)作为一种新型光催化材料在废水处理方面具有巨大潜力，但Bi₂MoO₆存在量子产率低、电子与空穴易复合等问题。为了进一步提高Bi₂MoO₆的光催化活性，采用溶剂热法辅助柠檬酸制备钴酸镧(LaCoO₃),并将其与Bi₂MoO₆复合以制备不同质量比的p-n型异质结复合光催化材料LaCoO₃/Bi₂MoO₆,进而用于可见光催化降解水中四环素(Tetracycline, TC)的研究。采用XRD、FT-IR、XPS、UV-vis等手段对复合材料进行表征，并考察其光催化性能，分析光催化降解效果，探究催化反应机理。结果显示：构建的LaCoO₃/Bi₂MoO₆复合材料显著增强了Bi₂MoO₆的光催化活性，LaCo...     

等离子体耦合Ce改性的复合型催化剂去除氮氧化物研究

为开发一种在大气污染物条件下可以复合催化氮氧化物的自制锯板脉冲放电反应器,同时为进一步制备高性能催化剂研究提供试验依据,采用脉冲放电耦合复合型催化剂对NOx进行去除试验.通过分步浸渍法制备一系列催化剂,研究脉冲放电耦合不同活性组分催化剂的脱硝效果,其中重点研究Fe掺杂及其不同掺杂量下制备的Fe/5A催化剂对NO转化率的影响.此外,进一步对Fe/5A催化剂掺杂适量Ce进行改性,进而制备复合型Ce-Fe/5A催化剂.通过XRD、SEM对催化剂进行相关性能表征.结果表明,Fe/5A催化剂活性在Cu/5 A,Mn/5 A,Cr/5A催化剂中最优,且当Fe掺杂的质量分数为8％时,单组分Fe/5A分子筛活性最好.掺杂一定量Ce后的Ce-Fe/5A催化剂表面更光滑,微孔增多,比表面积增大,被覆盖的不饱和金属配位点更易暴露以增加反应所需的活性点位,进而促进催化反应的有效进行,加强对NOx的脱除.当Ce掺杂的质量分数为3％时,Ce-Fe/5A催化剂对NO转化率效果最佳.由于脉冲放电可以改变催化剂的晶形和结构,因此Ce-Fe/5A催化剂耦合脉冲放电可以显著提高脱硝效率,其中添加还原性气体C2H2后效果更佳,且随着电压的增加,Ce-Fe/5A催化剂脱硝效果整体呈上升趋势.     

Fe掺杂Bi2MoO6的制备及其可见光催化活化PMS降解橙黄Ⅱ的研究

采用一锅水热合成法制备Fe掺杂Bi2MoO6光催化剂,对Bi2MoO6的主体结构进行修饰和调整.在可见光LED照射下,利用合成的Fe-Bi2MoO6催化剂活化过一硫酸盐(PMS,peroxymonosulfate,oxone)对偶氮染料橙黄Ⅱ进行光催化降解.采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)对催化剂的形貌微观结构和化学价态进行表征,并应用在光催化活化PMS降解橙黄Ⅱ的过程中.结果表明,催化剂投加量为0.4 g/L,PMS投加量为0.4 mmoL/L,初始pH值接近中性条件下,Fe-Bi2MoO6材料对橙黄Ⅱ的去除率可以达到100％.经过Fe掺杂后,Fe取代一部分的Bi3+,致使主体晶格出现畸变,不仅有利于光生电子和空穴的产生、分离和转移,还增强了 Bi2MoO6的光催化活性.Fe-Bi2MoO6光催化剂经重复使用5次后对橙黄Ⅱ的降解率仍然可以达到89.1％以上,具有优秀的光催化稳定性能.活性自由基的出现在光催化降解过程中起到主要作用,由此展示出一种潜在的光催化降解机制,且Fe掺杂Bi2MoO6比单纯Bi2MoO6具有更好的光催化降解稳定性.     

过渡金属掺杂ZnO纳米光催化剂对四环素的光催化降解

利用水热合成法分别制备了Fe、Co、Ni掺杂及Fe-Co、Fe-Ni共掺杂的ZnO光催化剂.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)等手段对催化剂进行了表征.以氙灯(250～ 800 nm)为光源,盐酸四环素为降解对象,模拟测试样品在日光下光催化降解抗生素的活性.考察了过渡金属种类、过渡金属掺杂量及二元掺杂配比对ZnO样品光催化活性的影响.结果表明,制得的样品均为六方晶系纤锌矿结构的ZnO.单一元素掺杂时,Fe掺杂提高了ZnO光催化活性,而Co、Ni掺杂都抑制了ZnO光催化活性.共掺杂时,Fe-Co/ZnO及Fe-Ni/ZnO光催化活性优于单一掺杂的Fe/ZnO,其中3％Fe-1％Ni/ZnO样品的光催化活性最好,在氙灯光源下反应120 min对盐酸四环素的降解率高达87.95％.     

再生水铸铁管道腐蚀管垢的特征分析

为分析再生水铸铁管道腐蚀管垢的物质组成特征以及管垢形成的理化因素，并与自来水管垢进行对比，采集两种铸铁管的典型腐蚀管垢，通过扫描电子显微镜及能谱分析(SEM-EDS)、X射线衍射(XRD)等微观表征技术，系统性地研究了两种腐蚀管垢的微观形貌、元素组成和化合物构成等物理-化学双态特征差异。结果表明两种管垢具有相似的分层结构，但再生水管垢的沉积层厚度大，且内核层的孔隙小、沉积杂质丰富。两种管垢成分均以铁的(羟基)氧化物为主，自来水管垢的主要成分为α-FeOOH和Fe₃O₄,而再生水管垢除了α-FeOOH、γ-FeOOH、Fe(OH)₃等主要成分外，还包括再生水的沉积物SiO₂、Ca(OH)₂和Al(OH)₃等。影响再生水管垢异于自来水管垢的主要原因源于再生水的水质成分及水力条件。     

上流边光型反应器中负载型TiO_2光催化剂处理印染废水的研究

试验采用Fe3+-Ce4+双元素共掺杂改性的TiO2光催化剂在自制的边光上流型光催化反应器中处理人造丝织物印染废水。在成功地解决了催化剂与水分离的同时,达到了充分发挥双元素改性TiO2光催化剂性能的目的。试验结果表明,催化剂投加量、pH值、曝气量、反应时间等指标对光催化效果有影响。在上流型反应器中加入10 g/L双元素掺杂改性的TiO2光催化剂,曝气量0.5 m3/L,处理水样240 min后出水水质色度去除率为97.6%,COD去除率为73.9%,去除效果良好。     

不同晶型铁氧化物Fenton和UV-Fenton降解橙Ⅱ的催化性能

选取了磁铁矿、赤铁矿和针铁矿3种不同晶型的铁氧化物,用XRD和BET进行了表征。将3种铁氧化物作为催化剂用于Fenton和UV-Fenton(254 nm UVC)降解偶氮染料橙II,测定了染料降解过程中溶液中铁离子浓度的变化规律,用于分析3种铁氧化物的催化过程。用单位比表面积反应速率常数(k/Ssur)评价了3种铁氧化物UV-Fenton催化降解橙Ⅱ的能力,以揭示UV-Fenton体系中铁氧化物晶型与催化性能的关系。结果表明,Fenton体系中,磁铁矿能通过表面固有的2价铁催化产生羟基自由基降解橙Ⅱ,其催化能力高于针铁矿和赤铁矿;UV-Fenton体系中,磁铁矿、赤铁矿和针铁矿催化降解橙Ⅱ的单位比表面积反应速率常数分别为0.048 8 g/(m2·min)、0.023 4 g/(m2·min)和0.001 0 g/(m2·min),可见磁铁矿的催化能力明显高于针铁矿和赤铁矿;UV-Fenton体系中,磁铁矿以多相反应为主,针铁矿以均相反应为主,而赤铁矿则是两者共同作用。研究表明,磁铁矿是多相铁氧化物UV-Fenton催化剂的理想晶型,同时也是合成新型多相光助-芬顿催化剂理想的活性组分。     

Sb2O5/TiO2催化超声降解甲基橙溶液

采用实验室合成的Sb2O5掺杂TiO2作为催化剂,研究各种因素对甲基橙的超声催化降解反应的影响.结果表明,在Sb2O5掺杂TiO2催化剂作用下,甲基橙的超声催化降解效果明显优于单独使用TiO2的情况.1.5%掺杂量的催化剂,用量在1.0～1.5 g/L之间,超声波频率25 kHz,输出功率1.0 W/cm2,pH为1.0～3.0时,初始浓度为20 mg/L的甲基橙水溶液,100 min左右基本可全部降解,COD去除率达到99.0%以上.Sb2O5掺杂TiO2催化超声降解有机污染物的方法具有很好的应用前景.     

铜铁共掺杂TiO2/膨润土光催化剂的制备及光催化性能

以溶胶-凝胶法、液相沉淀法和机械混合法制备了Cu-Fe双金属掺杂的TiO2/膨润土复合光催化剂,采用XRD、FTIR对其进行了结构表征,以紫外光和可见光催化降解直接天蓝染料废水为模型,考察了制备方法对催化剂光催化性能的影响。结果表明:各催化剂中均有锐钛矿型TiO2生成,且部分TiO2进入了膨润土的蒙脱石层间,改变了其层间的有序性,生成了Ti—O—Si键,实现了TiO2粒子与膨润土的复合。溶胶-凝胶法制备的催化剂中TiO2与膨润土的复合程度最高,Cu2+和Fe3+成功掺入了TiO2晶格,形成了复合半导体,拓宽了TiO2的光谱响应范围,使该催化剂表现出最优的光催化活性,并且该催化剂性能稳定,易于沉降分离,经高温活化再生后仍具有良好的催化活性,可重复多次使用,表现出良好的再生性能。     

矾土尾矿载体双活性组分甲苯催化燃烧催化性能研究

利用矾土尾矿制备催化剂载体,采用浸渍法将双活性组分氧化物载于催化剂载体,研究甲苯催化燃烧性能.结果表明,当Cu、Mn物质的量比为1∶2、负载量为14％、焙烧温度为500℃、焙烧2h时CuMn/ZrO2整体催化剂催化活性高,起燃温度为210℃,完全燃烧温度为230℃,有效降低了甲苯催化燃烧的起燃温度和完全燃烧温度.     

甲基橙废水的常温常压催化湿式氧化实验研究

以Fe、Mn、Cu和Zn的金属氧化物为活性组分,以γ-Al2O3为载体,制备了负载型催化剂,并分别以H2O2和NaClO为氧化剂,对比了在常温常压条件下催化湿式氧化工艺中处理甲基橙模拟废水的效果.结果表明,Fe/y-Al2O3催化剂较其他催化剂表现出较好的催化活性和稳定性,H2O2为适宜的氧化剂.在Fe/γ-Al2O3加入量为10g/L,氧化剂H2O2加入量为5 mL/L的条件下,处理甲基橙质量浓度为500 mg/L的模拟废水,其脱色率和COD去除率在3 h内均能达到70%以上.与传统的Fenton试剂法相比,以Fe/γ-Al2O3为催化剂的催化湿式过氧化氢氧化工艺具有矿化程度高,催化剂易回收再用的优点.     

(FeS)m(m=1～6)团簇与O2相互作用的密度泛函理论研究

为探究石化行业中硫铁化合物自燃的微观机理，基于密度泛函理论建立了(FeS)_m(m=1～6)团簇模型，计算O₂在(FeS)_m(m=1～6)团簇上的吸附性质与反应过程。吸附性质计算表明，O₂倾向于吸附在Fe原子周围，随着FeS团簇尺寸增大，吸附能先增大后减小，当m=3时吸附能最大。O₂吸附前后，(FeS)_m(m=1～6)团簇的能隙均逐渐减小，其中(FeS)₃团簇在所有吸附结构中能隙最小，化学活性最好。反应路径计算表明，反应分不同阶段，反应初期有FeSO、SO等产物形成，随着反应进行会生成S₂和FeO,反应后期产物S₂会受热氧化生成SO₂。各阶段反应在动力学和热力学上均是可行的。分析认为FeS的氧化过程是一个自发的多阶段放热反应，FeS的氧化释放大量的热，引发S₂的氧化反应，两步反应形成协同效应，加剧体系的反应进程，使反应体系不断积聚热量直至发生自燃。     

Fe-Ni共掺杂ZnO/凹凸棒光催化降解废水中抗生素性能研究

以水热法制备了Fe-Ni共掺杂的ZnO/凹凸棒(Fe-Ni-ZnO/ATP)光催化剂,通过XRD和FT-IR对其结构进行了表征,考察了催化剂用量、溶液pH值、光照条件、抗生素种类等因素对催化剂降解抗生素性能的影响.结果表明,Fe-Ni-ZnO/ATP中,ZnO为六方纤锌矿结构,Fe主要以Fe2O3的形式存在,Ni2+取代了ZnO晶格中的部分Zn2+并造成品格缺陷,部分Zn2+进入了 ATP层间生成了Zn-O-Si键,实现了与ATP的复合,并促使其层间距增大.Fe-Ni共掺杂拓宽了催化剂的光谱响应范围和提高了其催化活性,当催化剂投入量为2.5 g/L、溶液pH值为6时,在可见光下反应90 min后,该催化剂对30mg/L的诺氟沙星降解率可达90.63％,并且,在相同条件下,该催化剂对其他两种抗生素废水的降解率均在80％以上,表现出良好的普适性.此外,该催化剂还具有良好的再生性能.     

N2/CO2混合气体对丙烯爆炸特性的影响

为了研究N₂、CO₂及其混合气体对丙烯爆炸特性的影响，使用可燃气体爆炸极限试验装置，将气体按一定比例进行混合，从爆炸极限与危险度、临界氧体积分数和惰化效果3个方面研究了N₂/CO₂混合气体对丙烯爆炸的影响。结果表明：1)N₂和体积比分别为2∶1、1∶1、1∶2的N₂/CO₂混合气体，以及CO₂的添加对丙烯的爆炸均有抑制作用，且使丙烯的爆炸范围缩小，爆炸危险度减小，变化趋势近似为线性；2)随着惰性气体体积分数的增加，爆炸极限对应的氧体积分数呈下降趋势，CO₂惰化丙烯比N₂惰化丙烯时的临界氧体积分数提高了约1.87个百分点；3)结合爆炸三角形图，对比发现，在5种不同的比例下，CO₂惰化丙烯时的爆炸区域面积最小，表明CO₂对丙烯的抑爆效果更好。     

羟基对煤中桥键活性官能团氧化反应特性的影响

羟基(—OH)是影响煤自燃发展的关键因素之一。为进一步了解羟基对煤自燃过程的影响，通过Gaussian软件构建出苯基与桥键类活性基团—CH₂—、—CH₂O—、—CHOHCH₂—分别相连以及—OH处于活性基团邻位的共6种模型，采用B3LYP方法优化模型结构、并计算其频率，得到6种模型的静电势、前线轨道能隙、表面电子云分布、焓变及吉布斯自由能变化值，分析这3种桥键类活性基团的反应活性以及羟基对其氧化反应性质的影响。结果表明：3种活性基团的反应活性由大到小依次为—CH₂O—、—CHOHCH₂—、—CH₂—,羟基的加入并未改变其反应活性顺序，但提高了它们各自的反应活性；羟基处于桥键类活性基团邻位会提高桥键活性基团的亲核反应能力，削弱其亲电反应能力；3种活性基团的LUMO成键能力从强到弱依次为—CH₂—、—CHOHCH₂—、—CH₂O—,活性基团与氧气复合的难易程度与其LUMO成键能力有关，而与反应活...     

蜂窝状微量贵金属催化剂对几种典型VOCs的催化氧化性能

研制出了用于催化氧化废气中挥发性有机化合物(VOCs)的蜂窝状微量贵金属催化剂.用浸渍法制备催化剂Pt-Ce-La-Zr/Al2O3,并在自行设计的活性检测系统上,对用该催化剂净化含有苯、甲苯、乙醇、正己烷的模拟废气进行了研究,考察了空速、质量浓度等因素对催化剂活性的影响.实验结果表明,该催化剂对上述几种典型的VOCs气体都具有较低的起燃温度,其催化转化活性较好.     

化学改性硅藻土基吸附甲醛材料的制备及结构研究

为探索制备绿色、低碳的甲醛吸附材料，通过碱溶(1 mol/L的Na₂SiO₃和2 mol/L的NaOH)-水热反应改性硅藻土，制备出可吸附甲醛的硅藻土基材料，其对甲醛去除率达82.6%，且符合伪-二级吸附模型。红外光谱(FT-IR)结果表明硅藻土中的≡Si—O—Si≡结构发生了“解聚-重组”过程，并与硅藻土中的铝反应形成具有Al—O—Si结构物质；X-射线衍射(XRD)结果表明硅藻土中的硅铝化合物可原位合成少量ZSM-5沸石分子筛及大量的无定形物质；²⁹Si核磁共振(²⁹Si NMR MAS)结果进一步证实Al和Si的结合方式主要为2个Al取代三维≡Si—O骨架结构Q₀⁴，并形成具有Q₂⁴的结构单元；扫描电镜(SEM)结果表明碱溶-水热处理可促使具有规则孔洞结构的硅藻土形成更多无定型、结构更复杂的孔网结构，进而提高其对甲醛的吸附性能。