TiO2光催化脱除NOx的研究进展

利用TiO2的光催化效应脱除大气污染物是近十年来国内外学术界的研究热点之一.本文对TiO2光催化脱除NOx方面的研究工作进行了综述,着重论述了光催化氧化反应及光催化还原反应脱除NOx的反应机理及影响因素,并对应用前景作出展望.     

TiO2光催化氧化脱除模拟烟气中的NOx

采用P25纳米TiO2为催化剂,对NOx浓度360 mg/m3的模拟烟气进行了光催化氧化实验研究,以期为此种方法在电厂烟气脱硝方面的应用提供依据.经SEM、XRD等表征手段,探讨了催化剂晶型尺寸对光催化的作用.实验考察了光催化反应过程规律以及负载量、光照度、NO初始浓度、O2含量、相对湿度和停留时间对光催化氧化效率的影响.结果表明,光催化反应是瞬态到稳态的过程,其催化效率与上述影响因子有密切关系.实验最优条件下NOx的脱除率为46％,但只需适当提高氧化效能,便能达到理想的效果.     

零价铁(Fe~0)共存下TiO_2光催化降解特性的研究

针对TiO2光催化反应中易出现电子-空穴对(e--h+)的复合、而Fenton技术又面临铁污泥的问题,向TiO2光催化反应中加入零价铁(Fe0)。通过调节溶液pH,使Fe0缓释Fe2+,且反应之后的pH仍能满足TiO2光催化反应所需。溶液中的Fe2+,一方面能减弱TiO2光催化产生的e--h+的复合,提高TiO2光催化反应的效率;另一方面,在紫外灯照射下也可以起到光Fenton降解作用。研究结果表明,Fe0共存下TiO2光催化对废水的降解率高于单独使用TiO2光催化或光Fenton对废水的降解率。对Fe0共存下TiO2光催化降解废水的褪色率的动力学研究表明,该反应属于三级动力学反应,且其对有机物的降解具有TiO2光催化和光Fenton加合增效的效果。     

环境污染与防治网络版

过渡金属改性活性炭纤维脱除低浓度羰基硫的研究;混凝沉淀法预处理大豆蛋白和屠宰废水试验研究;天津秋季地面O3和NOx的浓度变化特征与影响因素;TiO2／有机膨润土复合材料光催化降解苯酚;焙烧水滑石去除Cr（Ⅵ）性能研究.     

尿素和添加剂湿法烟气同时脱硫脱氮工艺研究(Ι)

对尿素和添加剂同时吸收烟气中 SO2 和 NOx 进行了实验研究。结果表明 ,烟气中 SO2 极易脱除 ,在实验条件下 SO2 脱除率均大于 99%,操作工艺条件变化主要是影响 NOx脱除率。尿素和添加剂质量分数对 NOx 脱除率影响较小 ,NOx脱除率随尿素和添加剂质量分数的增加而缓慢增加 ;吸收剂 p H和吸收反应温度对 NOx脱除率有显著影响 ,最佳 p H为 7,最佳反应温度为 70～80℃。     

尿素和添加剂湿法烟气同时脱硫脱氮工艺研究(Ⅰ)

对尿素和添加剂同时吸收烟气中SO2和NOx进行了实验研究.结果表明,烟气中SO2极易脱除,在实验条件下SO2脱除率均大于99%,操作工艺条件变化主要是影响NOx脱除率.尿素和添加剂质量分数对NOx脱除率影响较小,NOx脱除率随尿素和添加剂质量分数的增加而缓慢增加;吸收剂pH和吸收反应温度对NOx脱除率有显著影响,最佳pH为7,最佳反应温度为70～80℃.     

Fenton试剂协同TiO_2光催化降解三氯乙酸及协同机理

为了研究Fenton试剂协同TiO2光催化降解三氯乙酸(TCAA)的反应及其协同机理,在自制的光催化反应装置中分别考察了Fenton、UV/TiO2及Fenton/UV/TiO23个反应对TCAA的降解情况。研究结果表明,在TCAA初始浓度为2.0 mg/L,TiO2用量为1.0 g/L,紫外辐射光源为15 W(λmain=254 nm)的实验条件下,Fenton试剂协同TiO2光催化降解TCAA反应在pH 3~7范围内均有较高的降解率;TCAA在Fenton、UV/TiO2及Fenton/UV/TiO23个反应中的一级反应速率常数分别为0.0009、0.0131和0.0456 min-1;Fenton试剂与TiO2光催化反应间存在较明显的协同效应,其协同机理主要体现在两个方面:一是紫外光激发Fe(OH)2+和H2O2分解产生更多的·OH,二是Fenton试剂中部分被氧化成的Fe3+可与TiO2表面的光生电子结合被还原为Fe2+,抑制了光生电子与空穴的复合,从而提高了TiO2光催化降解TCAA的效率。     

固定化催化剂TiO2膜光催化降解三氯乙醛的研究

研究了负载于玻璃上的固定化催化剂TiO2膜光催化降解水中三氯乙醛的效果,探讨了TiO2膜光催化降解三氯乙醛的机理,考察了溶液pH值和三氯乙醛初始浓度埘TiO2膜光催化降解三氯乙醛的影响,并研究了固定化催化剂TiO2膜光催化降解三氯乙醛的动力学.结果表明,固定化催化剂TiO2膜光催化降解水中三氯乙醛的效果良好,当三氯乙醛初始浓度为2.25 mg/L时,在紫外光照时间3 h下,三氯乙醛的降解率高达100%.在相司紫外光照时间下,三氯乙醛的光催化降解率随着三氯乙醛初始浓度的增大而下降.在溶液pH=6.5时,三氯乙醛的降解效率最高.固定化催化剂TiO2膜光催化降解三氯乙醛的反应遵循一级反应动力学,反应速率常数随三氯乙醛初始浓度的增大而减小.     

掺Ni2+的TiO2颗粒光催化性能的研究

通过溶胶-凝胶法制备掺杂Ni2 的纳米TiO2,并用XRD和TEM进行了表征,发现Ni2 的掺杂减小了TiO2颗粒的粒径,Ni2 /TiO2晶型为锐钛型.通过对目标物罗丹明B的光催化降解实验,发现Ni2 的掺杂提高了TiO2的光催化活性,其降解罗丹明B的反应遵从一级反应动力学方程,Ni2 惨杂量为1.2%时的光催化活性最高.     

纳米TiO2光催化氧化去除水中痕量双氯芬酸的研究

以TiCl4为前驱体,采用水解法经不同温度煅烧制备了具有不同理化性能的纳米TiO2光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、物理吸附仪、紫外—可见光漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)等手段对纳米TiO2的晶相结构、粒径、孔径分布以及禁带宽度等进行了表征。以蒸馏水配制的双氯芬酸溶液为目标物,进行了纳米TiO2光催化氧化去除双氯芬酸的活性测试,研究了纳米TiO2的理化性能与光催化氧化活性之间的关系。结果表明,经400℃煅烧制得的纳米TiO2样品具有最高的光催化氧化活性,其在紫外光照射60min下对双氯芬酸的去除率为98%左右,比单独紫外光照射高出85百分点。纳米TiO2光催化氧化去除双氯芬酸的反应近似一级反应动力学模型,其中经400℃煅烧制得的纳米TiO2光催化氧化去除双氯芬酸的表观反应速率常数为0.054 54min-1,是普通商用TiO2的2倍左右,与德国Degussa P-25TiO2的光催化氧化活性最相近。     

光和TiO2对酒石酸还原Cr(Ⅵ)的催化作用研究

研究了避光、可见光照及紫外光照条件和TiO2对酒石酸还原Cr(Ⅵ)的催化作用及其作用机制.结果表明:(1)避光条件下,酒石酸对Cr(Ⅵ)的还原作用很微弱,外加TiO2对该反应也仅有微小变化.TiO2对酒石酸还原Cr(Ⅵ)的催化作用只有在光照下才能产生.紫外光照下,仅酒石酸存在时,150 min后Cr(Ⅵ)即被反应完全,外加TiO2催化7 min后Cr(Ⅵ)即被反应完全.(2)光照能诱导并加速酒石酸还原Cr(Ⅵ)的光催化作用,紫外光照下的光催化还原反应速率远快于可见光照.(3)pH对TiO2光催化酒石酸还原Cr(Ⅵ)的反应速率有明显的影响,pH越小,光催化还原反应速率越快.(4)酒石酸初始浓度的增大有利于Cr(Ⅵ)光催化还原.     

掺Ni^2＋的TiO2颗粒光催化性能的研究

通过溶胶．凝胶法制备掺杂Ni^2＋的纳米TiO2，并用XRD和TEM进行了表征，发现Ni^2＋的掺杂减小了TiO2颗粒的粒径，Ni2＋／TiO2晶型为锐钛型。通过对目标物罗丹明B的光催化降解实验，发现Ni^2＋的掺杂提高了TiO2的光催化活性，其降解罗丹明B的反应遵从一级反应动力学方程，Ni^2＋惨杂量为1．2％时的光催化活性最高。     

微波辅助光催化降解高浓度活性黑

利用改装的家用微波炉、微波无极灯和TiO2催化剂研究了水中高浓度活性黑的光催化降解.系统考察了TiO2投加量、pH、微波无极灯数量对微波辅助光催化处理效果的影响,得出微波辅助光催化的最佳操作条件,并在最佳条件下对活性黑的脱色及矿化效果进行研究.结果表明,TiO2投加量存在最佳值2 g/L,降低pH和增加微波无极灯数量均可提高活性黑的降解率.在TiO2的投加量为2 g/L,pH =3,微波无极灯数量为3的最佳光催化条件下,400 mg/L的活性黑溶液反应180 min时可实现完全脱色,反应300 min时,TOC去除率高达89.1％.     

掺银TiO2光催化降解活性艳红X-3B的研究

通过活性艳红X-3B的光降解，评价了掺银改性TiO2的光催化活性。研究结果表明，适量的银离子掺杂可显著提高TiO2的光催化活性。掺银TiO2光降解X-3B反应的动力学符合Langmuir—Hinshelhood模型，掺银改性能使TiO2对太阳光的利用率有极大提高。     

改性TiO2对X-3B的光催化性能及其降解动力学研究

以活性艳红X-3B为模型化合物,比较了改性前后TiO2光催化活性的变化.试验结果表明,通过改性大大提高了TiO2的光催化活性,Fe3+和Ag+的掺杂量均有一个最佳值,在试验的掺杂范围内Fe3+和Ag+的最佳掺杂量分别是0.1%和0.05%.对其宏观降解反应动力学的研究表明,X-3B在TiO2、Fe3++TiO2和Ag++TiO2 3种催化剂上的光催化降解动力学均能很好地符合Langmiur-Hinshelwood动力学模型.其表观反应速率常数的大小顺序依次是Ag++TiO2＞Fe3++TiO2＞TiO2;吸附平衡常数则是Fe3++TiO2和Ag++TiO2两者基本相等,两者均比纯TiO2大2～3倍.     

电子束净化烟气机理探讨

探讨了电子束法净化电厂烟道气过程中自由粒子的产生以及SO2与NOx的脱除机理。结果表明:SO2的脱除有两条途径——热化学和辐射化学,在当量氨的存在下,热化学起主导作用;脱除NOx的过程则纯粹是辐射诱发的氧化-还原反应。     

电子束净化烟气机理探讨

探讨了电子束法净化电厂烟道气过程中自由粒子的产生以及SO2与NOx的脱除机理，结果表明：SO2的脱除有两条途径-热化学和辐射化学，在当量氨的存在下，热化学起主导作用，脱除NOx的过程则纯粹是辐射诱发的氧化-还原反应。     

TiO2光催化降解水中苯酚的试验研究

以悬浆态TiO2为光催化剂，在紫外光催化反应器中，进行了苯酚溶液的动态光催化降解性能的研究，考察了TiO2用量、TiO2焙烧温度、溶液pH值以及循环流量对苯酚光催化降解的影响。结果表明，TiO2用量1．0g／L，TiO2焙烧温度450℃，循环流量20L／h，紫外光照反应5h，苯酚去除率为71．2％。     

Cu^2＋对TiO2光催化活性的影响

采用搅拌式光催化反应器，以中压汞灯作光源，甲基橙为模型化合物，考察了Cu^2 对TiO2光催化活性的影响。研究发现，在此反应体系中甲基橙的降解为一级反应，甲基橙的光催化降解速率与光强度成正比，TiO2光催化剂的投加量为150mg／L、Cu^2 的加入量为200μg／L时光催化效果最佳。     

光催化降解水体异味物质2-MIB的机理

以水体异味物质2-甲基异莰醇(2-methylisoborneol,2-MIB)为研究对象,在紫外光(λ<380 nm)照射下,探讨TiO2(P25)对2-MIB的光催化降解特性及光化学作用机理。结果表明,UV/TiO2光催化体系可以有效去除水体异味物质2-MIB,紫外光照射60 min,对2-MIB的降解率达95%。同时研究了光催化降解体系介质pH,共存腐殖酸(HA)和过硫酸钾(K2S2O8)对UV/TiO2光催化体系降解2-MIB的影响,发现低浓度HA([HA]≤0.5 mg/L)可以提高2-MIB降解速率,当HA浓度高于0.5 mg/L,2-MIB降解反应受到抑制;同时当加入电子受体K2S2O8后,降解体系中活性物种羟基自由基(.OH)明显增加,提高了TiO2对2-MIB的降解能力。利用苯甲酸荧光光度法和POD-DPD显色法跟踪测定降解过程中羟基自由基(·OH)和过氧化氢(H2O2)的变化,表明光催化反应涉及·OH机理。