氮掺杂型纳米TiO2在可见光及太阳光下的光催化性能研究

采用钛酸四丁酯为原料,以氨水水解-沉淀法制备出了氮掺杂型纳米TiO2催化剂(N/TiO2),以XRD、XPS、UV-Vis等手段对其进行表征;并通过对偶氮染料橙黄G的降解反应,研究了N/TiO2在可见光及太阳光下的光催化性能,探讨了pH值、外加H2O2氧化剂对光催化降解率的影响,并与P25型纳米TiO2进行了对比.结果表明,在可见光下,N/TiO2对橙黄G具有较高的催化活性,反应150min后降解率可达96.29%,显著高于P25型TiO2(42.55%);在太阳光下,N/TiO2对橙黄G的光催化降解速率较快,反应60min降解率与P25型TiO2基本相同,分别为99.37%、99.94%;较低的pH值环境并适量添加H2O2可显著提高N/TiO2催化效率,在可见光及太阳光下的最佳pH值均为2～3,最佳H2O2加入量分别为0.5mL·L-1、1.5 mL·L-1.     

活性炭负载TiO2催化剂对直接耐酸大红4BS溶液的光催化降解研究

采用溶胶-凝胶法制备了活性炭负载型TiO2催化剂,采用了XRD、BET和SEM对催化剂进行表征。研究了催化剂对直接耐酸大红4BS的紫外光催化降解,比较了活性炭、P25和TiO2／AC对4BS溶液的降解能力,探讨了催化剂煅烧温度和投加量以及染料溶液的初始浓度对光催化降解率的影响,并对催化剂进行了回收再生实验。结果表明,500℃下煅烧的TiO2／AC催化剂比表面积为1147．88m^2／g、TiO2粒径为21．9nm、晶相组成以锐钛矿为主,具有良好的光催化活性和稳定性;90min后2g／L催化剂对150mg／L的4BS溶液紫外光催化降解率达到99．8％。     

TiO2-石墨烯（Gn）复合材料光催化降解O3研究

通过改性Hummer法及溶胶凝胶法,制备出TiO2-石墨烯光催化复合材料.经吸附-光催化活性实验选出光催化活性最高的含C量为1.5%(质量分数)的TiO2-石墨烯复合材料,并在自行设计的模拟大型客机环境的气相光催化反应器中,进行O3光催化降解实验研究.结果表明,TiO2-石墨烯复合光催化材料在较短时间内对O3有较高的降解效率,且其光催化活性显著优于纯TiO2材料.初始O3浓度为(0.150～0.200)×10-6时,复合光催化剂受紫外光激发60 min的光催化降解率为66.12%,初始O3浓度为(0.950～1.000)×10-6时,其光催化降解率约为77%,较低浓度时((0.100～0.150)×10-6),O3去除率也能达到45.45%.此外,通过探讨光催化材料的重复使用性能,表明复合光催化剂重复使用4次以内,其对O3的光催化降解率保持基本稳定.     

纳米复合GeO2/TiO2的制备及光催化性能研究

采用改进的Sol-gel方法,制备了一种新型的单分散椭球形微孔结构的纳米GeO2/TiO2复合光催化剂,并用TG-DTA、XRD、XPS、UV-vis、FT-IR、TEM、BET等手段进行了表征.以难生化降解的染料罗丹明B为目标降解物,采用HPLC测定不同光照时间下催化剂对染料降解的情况,考察了催化剂的光催化活性结果表明,改进的Sol-gel法制得的复合光催化剂具有明显的孔结构,而且比表面积大、粒径小、粒径分布窄、分散性好;与适量GeO2复合后能够有效提高TiO2纳米粒子的光催化活性;复合光催化剂的最佳制备条件为GeO2摩尔含量为0.1%,煅烧温度为400℃,所制得的GeO2/TiO2光催化活性比纯TiO2有显著提高.     

负载型纳米Bi2WO6/AC的制备及在可见光下降解邻硝基苯酚

采用水热法在160℃条件下以活性炭(AC)为载体合成了光催化剂Bi2WO6/AC,用X射线衍射仪(XRD)、电子扫描电镜(SEM)对催化剂进行了表征.同时,以邻硝基苯酚为目标污染物,在可见光照射下,讨论了催化剂用量、溶液的pH、污染物初始浓度等因素对催化剂光催化活性的影响.结果表明,当[Bi2WO6/AC]=5 g·L-1、pH=5[邻硝基苯酚]0=100 mg·L-1时,催化剂可见光降解活性最好,60 min后邻硝基苯酚的降解率可达到99.81%.     

活性炭负载纳米TiO2对腐殖酸光催化降解动力学

采用溶胶-凝胶法制备了以颗粒活性炭(GAC)为载体的纳米TiO2/AC复合催化剂,并将其用于腐殖酸的光催化降解.动力学研究表明,TiO2/AC光催化降解腐殖酸过程可用Langmuir-Hinshelwood(L-H)动力学模式表示.L-H表观反应速率常数KLH=0.1124mg·L-·1min-1,吸附平衡常数K*=0.3402L·mg-1.活性炭负载TiO2对腐殖酸的光催化降解过程,体现了活性炭与TiO2的协同作用,活性炭的吸附作用提高了光催化反应速率.     

SO42-改性TiO2催化降解茜素红水溶液

基于SO42-对TiO2超强酸化改性制备了SO42-/TiO2催化剂,以茜素红为目标物试验研究了该催化剂的催化降解性能,并考察了降解条件等因素对脱色率的影响.结果表明,SO42-/TiO2具有较强催化降解性能及一定的光催化活性,降解过程中SO42-流失是催化剂失活的主要原因.在pH=7,催化剂加入量为2.5g/L,起始浓度为140mg/L,太阳光等优化工艺条件下降解效果最好,脱色率达到92%.     

负载型TiO2/活性炭的制备及光催化降解罗丹明B研究

通过溶胶-凝胶方法以活性炭(AC)为载体,制备负载型TiO2/AC,利用SEM、BET、XRD、Ranme、XPS对TiO2/AC的组成、结构、尺寸等特征进行分析和表征,并用紫外灯为光源,通过TiO2/AC、TiO2粉末和活性炭与TiO2粉末的混合物对可溶性罗丹明B的光催化降解效果的比较,探讨了TiO2/AC的光催化性能.结果表明,负载体中的TiO2是由30～60nm的球形颗粒组成,含有Ti,O,C等3种元素,颗粒间不发生团聚,其中一些C元素是由活性炭载体扩散到TiO2颗粒中的.由于活性炭载体与TiO2的协同作用以及高浓度Ti3+的影响,负载型TiO2/AC的光催化活性大.当TiO2/AC在250℃空气中热处理2h,再在氮气保护下500℃热处理2 h,TiO2的质量分数为(18±0.3)%时,负载型TiO2/AC对罗丹明B的光催化降解的表观反应常数k最大,为0.0077 min-1.     

RGO/TiO2光催化降解2,4-二氯苯氧乙酸研究

通过Hummers法及紫外光/热还原工艺制得还原氧化石墨烯(RGO),采用溶胶-凝胶-煅烧法,以RGO和钛酸酊脂为前驱体制备出RGO/TiO2光催化复合材料,并利用XRD、FT-IR等对其进行了表征.对RGO/TiO2光催化降解性能的研究发现,复合光催化剂RGO/TiO2对2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)的光催化降解活性显著优于纯TiO2,并且发现负载量和pH值对光催化降解性能有较大的影响:RGO/TiO2投加量为1.2g·L~(-1)、RGO负载量2%、pH为3、初始浓度为50 mg·L~(-1)反应12 h,2,4-D去除率达到98.75%;2,4-D降解率随着RGO/TiO2投加量的增大先增大后减小;RGO/TiO2对2,4-D的降解为脱氯还原和催化氧化过程,产生氯酚、苯酚等中间产物.     

气相中芥子气模拟剂2-CEES在SO42-/TiO2上的光催化消除

与传统洗消法相比,光催化技术消除军用毒剂具有高效和无二次污染等优点,但TiO2 的活性较低且易于失活以致难于实际使用.采用稀硫酸对TiO2 进行表面修饰制备出了SO2 -4/TiO2 催化剂,在连续流动微分反应器上考察其对芥子气模拟剂2 chloroethylethylsulfide(2 CEES)的光催化降解活性和稳定性,并与TiO2 进行了比较.结果表明,硫酸化处理不但可提高TiO2 的活性也可提高其活性稳定性,其中以2 0 0℃焙烧所得样品ST2 0 0的性能最好.还研究了反应温度和水蒸气对ST2 0 0上2 CEES光催化降解的影响,发现在90℃反应,催化剂有较高的活性和稳定性;当给2 CEES初始浓度<6 1 μL·L-1 的体系中添加30 . 5mL·L-1 的水蒸气时,催化剂可维持长久的高活性.还发现将SO2 -4/TiO2 负载在γAl2 O3 、SiO2 和木质活性炭(AC)上可提高SO2 -4/TiO2 的活性和稳定性,其中以SiO2 载体最佳.     

A simple and cheap method for preparation of coupled ZrO2/ZnO with high photocatalytic activities

The objective of this study was to prepare a new photocatalyst with high activities for degradation of organic pollutants. Coupled ZrO₂/ZnO photocatalyst was prepared with a simple precipitation method with cheap raw materials zinc acetate and zirconium oxychloride, and was characterized by X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). Reactive brilliant red X-3B was used as a model compound to investigate the photocatalytic activity of synthesized catalysts in water under 254 nm UV irradiation. Results show that the optimal calcination temperature and coupling molar ratio of Zr were 350°C And 2.5%, respectively. At the calcination temperature of 350°C, ZrO₂ was dispersed on the surface of hexagonal ZnO in the form of amorphous clusters. The particle size of ZrO₂/ZnO decreased with the decrease of calcination temperature and the increase of Zr coupling amount. ZrO₂/ZnO has better photocatalytic activity for degradation of reactive brilliant red (RBR) X-3B than pure ZnO and P25-TiO₂.     

碳黑改性TiO_2薄膜光催化剂的稳定性研究

固定化光催化剂的稳定性一直是限制光催化氧化技术实用化的关键因素之一。通过环管型连续流反应器对所研制的碳黑改性TiO2薄膜光催化剂在长期使用中的稳定性进行了研究,探讨了光源、有机物负荷、阴离子对光催化剂稳定性的影响,并对不同负荷下光催化剂表现出的稳定性进行了动力学描述。试验结果表明,该催化剂在254 nm光源和低负荷条件下具有很好的稳定性,在活性艳红X-3B水溶液的光催化降解试验中,4个月内活性保持不变,并且不受水中的SO42-、NO3-以及硬度、碱度的影响。     

纳米TiO2/硅藻土光催化降解蒽醌染料废水的研究

为提高光催化剂的稳定性,选取硅藻土为载体,以钛酸四异丙酯为前驱物,采用溶胶-凝胶法制备了TiO2/硅藻土光催化剂,并利用XRD、SEM、FT-IR等技术对其进行表征.以蒽醌染料弱酸性艳蓝RAW为目标降解物,考察了TiO2/硅藻土的光催化活性、最佳pH值范围及催化剂重复使用对光催化活性的影响.结果表明,所制备的TiO2为锐钛矿和金红石混晶型,平均粒径11nm,通过控制硅藻土加入量可以得到负载均匀的光催化剂.所制备的TiO2/硅藻土具有较强的光催化活性,对弱酸性艳蓝RAW的降解效果好于商品Degussa P25型TiO2,最佳pH值为4.0.该催化剂性质稳定,重复使用15次后,催化活性仅降低12.4%.     

Bi2WO6可见光催化降解活性艳红X-3B的研究

采用水热合成法制备Bi2WO6催化剂,并通过XRD,UV-vis DRS等手段对其进行表征;以活性艳红X-3B为目标污染物,研究催化剂量、X-3B初始浓度、反应溶液pH值以及H2O2等因素在可见光辐射下对其光催化降解效果的影响.结果表明,所制备的Bi2WO6催化剂结晶度好,具有较强的可见光吸收能力;最佳催化反应条件为: X-3B初始浓度20mg/L,Bi2WO6用量2g/L, pH5.18(原始pH值).在此条件下,光照60min,对X-3B的去除率可达到86%;加入2mL/L 30%的H2O2,光照30min,降解率可达到96%以上,降解反应符合一级反应动力学.光催化反应可以有效地破坏X-3B的发色基团偶氮结构使其脱色,但在所设定的反应时间(80 min)内X-3B不能被完全矿化,反应过程中有中间产物生成.     

FeS对CW-MFC系统降解活性艳红X-3B效果及过程的影响

在自行构建的人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)系统中,以砾石填料为对照,研究了FeS对活性艳红X-3B脱色效果及降解过程的影响.结果表明,加在底层区域的FeS能够显著提高CW-MFC对活性艳红X-3B的脱色效果和系统产电性能.FeS的投加使得系统脱色率在进水活性艳红X-3B浓度200mg/L、葡萄糖浓度100mg/L条件下达到99.83%.在进水活性艳红X-3B浓度100mg/L、葡萄糖浓度200mg/L条件下,FeS组最大功率密度达到0.849W/m³.活性艳红X-3B在系统中的脱色主要发生在底层和阳极区域,由紫外-可见全波长扫描图谱和GC-MS扫描图谱可知FeS在该区域促进了偶氮双键的断裂,并有利于脱色产物苯胺、三嗪结构、萘环结构的进一步降解.     

活性炭粒子电极改性及其电催化性能

针对粒子电极电催化性能低、电能消耗大等问题,以柱状活性炭（AC）为载体,采用浸渍法制备负载金属的活性炭粒子电极,通过正交试验探究其最优制备条件,并应用Bohem返滴定法和SEM对改性活性炭进行表征。正交试验表明:粒子电极电催化性能受浸渍时间的影响比受浸渍浓度、焙烧时间、焙烧温度的影响更大。不同制备条件下的粒子电极形貌差异很大。在0.1 mol/L的浸渍液中浸渍12 h,400 ℃条件下焙烧4 h得到的粒子电极用于三维电极反应器中降解活性艳红X-3B,染料去除率达到85.97%,COD去除率达到65.61%,对比AC,染料去除率提高了5.29百分点,COD去除率提高了10.12百分点,能耗降低了13%。表明Ni/AC粒子电极可提高其电催化性能,降低能耗。     

过渡金属离子调变对光催化氧化反应的影响

考察过渡金属离子对TiO₂光催化活性的影响,并对过渡金属离子对催化剂TiO₂的光催化调变作用机理进行了初步探讨。结果表明,加入Cu(Ⅱ)可以大大提高TiO₂的光催化活性,反应75 min,可使活性艳蓝X-BR的COD_Cr的去除率达75%以上,对于活性艳红X-3B和活性艳黄X-6G的COD_Cr的去除率达到90%以上。过渡金属离子的调变作用是由于低价的金属离子与H₂O₂作用生成*OH自由基所致。      

g-C3N4-P25/光合细菌复合材料降解偶氮染料废水的机理

采用海藻酸钙将g-C3N4-P25和光合细菌进行共固定,合成了光催化-微生物复合材料,并进行了降解模拟偶氮染料废水的研究.结果表明,光催化-微生物复合材料的染料(活性艳红X-3B)脱色率和COD去除率分别为94%和84.7%,远远大于固定光催化剂与固定光合细菌.利用UV-Vis、FT-IR及GC-MS对反应残留物进行表征,根据结果可推测:由光催化产生的自由基和光合细菌共同破坏X-3B的偶氮结构,生成的苯胺类化合物经过一系列的水解、氧化还原作用生成多种具有苯环结构的化合物,然后自由基破坏苯环结构产生长链烷烃,减少芳香烃化合物的累积对光合细菌活性的影响.光合细菌及时利用光催化生成的长链烷烃,产生分子量较小的物质,最后矿化为CO2和H2O.     

Effect of crystalline structure on terbuthylazine degradation by H2O2-assisted TiO2 photocatalysis under visible irradiation

Various methods for shifting the optical response of TiO₂ into the visible (Vis) range have been reported. Herein, we reported the application of a TiO₂/H₂O₂/Vis process and the effects of TiO2 crystalline structure on the degradation of terbuthylazine. The results indicated that TiO₂ crystalline structure and H₂O₂ addition had significant effects on terbuthylazine degradation: its degradation rate could be increased from 7% to 70% with H₂O₂ addition after 180?min of reaction, the synergistic degradation of terbuthylazine by TiO₂-Fe^{3 +} was substantially accelerated, with the degradation rate reaching up to 100% after 20?min of reaction, and rutile TiO₂ showed better photocatalytic activity and a more obvious synergistic effect than anatase TiO₂. The addition of free-radical scavengers (tert-butyl alcohol or methanol) inhibited the degradation efficiency of rutile TiO₂, but had a relatively minor effect on anatase TiO₂. Fluorescence spectrophotometry analysis indicated that hydroxyl free radicals could be continuously produced when using rutile TiO₂ as the photocatalyst. Degradation of terbuthylazine catalyzed by rutile TiO₂ occurred mainly in solution, but occurred on the particle surface of the photocatalyst when catalyzed by anatase TiO₂. This study provides new insight into the role of TiO₂ crystalline structure on the degradation of terbuthylazine and its photocatalytic degradation mechanism.