TiO2诱导下左旋氧氟沙星的可见光降解及其机制

左旋氧氟沙星是一种新型污染物.单一的左旋氧氟沙星(LFV)和Ti O2无可见光响应,但二者共存下左旋氧氟沙星能发生显著的可见光降解.为此研究Ti O2用量、溶液p H以及左旋氧氟沙星浓度对Ti O2/Vis(可见光)降解左旋氧氟沙星的影响及机制.结果表明,左旋氧氟沙星能吸附在Ti O2表面,吸附服从准二级吸附动力学和Langmuir吸附等温线.吸附左旋氧氟沙星的Ti O2漫反射UV-Vis光谱进一步表明二者形成表面复合物.左旋氧氟沙星的Ti O2/Vis降解动力学符合LangmuirHinshelwood方程.合适的Ti O2浓度和中性p H有利于光解过程的进行.自由抑制实验、N2保护下左旋氧氟沙星的Ti O2/Vis降解实验揭示·O-2是该过程中的主要活性物种.同时,无氧左旋氧氟沙星-Ti O2悬浮液光照不同时间的UV-Vis光谱证明体系中存在电子向Ti O2导带的注入.依据实验结果提出吸附在Ti O2表面的左旋氧氟沙星与Ti O2形成表面复合物,在可见光照下发生电子迁移,从而引发左旋氧氟沙星降解.本研究表明利用污染与Ti O2形成表面复合物诱导其可见光降解可用来去除水中某些有机污染物.     

FeTiO3/TiO2纳米异质结的制备和可见光催化性能

采用水热法和溶胶凝胶法制备了新型FeTiO3/TiO2纳米异质结复合材料,并明确了最优的掺杂比例(0.5%).随后利用X射线衍射能谱(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等手段对该复合材料进行表征,证实了其结晶度、吸光度随掺杂量的规律性变化.电镜照片显示,该复合材料具有蓬松多孔的微观结构,且晶格条纹清晰、分散度高,有利于光电子的传导.对苯的降解实验表明,相比于纯TiO2,该催化剂的气相可见光催化能力大幅提高,降解率提升了3倍,达到40%,而CO2生成量提升了5倍,超过300 ppm.同时,电化学测试和电子顺磁共振谱(ESR)等均证实,FeTiO3的窄能带能够提高TiO2的光响应,实现可见光激发;而二者的能带相互匹配,有助于转移光生载流子,实现电子-空穴的高效分离,进而其光生电子和自由基生成能力大幅增强,因此,表现出了较强、较稳定的光催化活性.     

TiO2表面沉积Ag粒子及其可见光下降解含盐废水中的苯酚

为了制备可见光激发下能高效降解含盐废水中有机物的光催化剂,首次以商用TiO_2光催化剂(P25)为载体,利用吸附相反应技术一步获得了Ag沉积的可见光响应复合光催化剂.同时,通过XPS、TEM、HRTEM及紫外可见漫反射光谱图,结合多种高含盐水体系中苯酚的光催化降解过程,研究了不同Ag沉积对催化剂可见光活性的影响.结果发现,吸附平衡后P25表面富含水的吸附层可作为反应和粒子的生成场所,生成量子尺寸的Ag粒子.另外,在吸附层中生成的Ag粒子均匀分布于P25表面并与之紧密结合,并在TiO_2晶格结构中引入晶格交错结构.Ag与TiO_2的表面等离子体共振效应和晶格交错结构共同提升了催化剂的可见光响应和电荷的分离效率,增强了催化剂对苯酚的可见光催化性能.在含盐废水体系中,盐离子数量越多,催化剂在可见光下降解苯酚过程受到的干扰越大.     

低温燃烧合成纳米Ni掺杂TiO2光催化剂的表征及活性研究

采用低温燃烧合成法制备了Ni掺杂TiO₂光催化剂,通过紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、X射线粉末衍射(XRD)、激光散射、热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)等方法对催化剂的光吸收特性、晶相组成、粒度分布、升温过程中化学变化等进行了表征,以亚甲基蓝为模型污染物考察了催化剂在可见光下的光催化活性.结果表明,相对P25而言,Ni掺杂TiO₂的光吸收带边红移,当Ni/Ti原子比为0.4时,催化剂的带隙宽度为2.3eV,对应的吸收带边为564nm;催化剂晶型以锐钛矿TiO₂为主,随Ni掺杂量增大,NiTiO₃比例升高;催化剂粒径主要分布在50～150nm之间,占总量的96.9%;升温过程中催化剂在445.2℃发生晶型转化,出现锐钛矿和NiTiO₃晶体.催化剂显示出较高的催化活性,在可见光作用150min后最高可使93.9%的亚甲基蓝分解,活性高于P25.     

Visible light driven mineralization of spiramycin over photostructured N-doped TiO2 on up conversion phosphors

A novel visible light-active photocatalyst formulation(NdT/OP) was obtained by supporting N-doped TiO_2(NdT) particles on up-conversion luminescent organic phosphors(OP). The photocatalytic activity of such catalysts was evaluated for the mineralization process of spiramycin in aqueous solution. The effect of NdT loading in the range 15–60 wt.% on bulk and surface characteristics of NdT/OP catalysts was investigated by several chemicophysical characterization techniques. The photocatalytic performance of NdT/OP catalysts in the removal of spyramicin from aqueous solution was assessed through photocatalytic tests under visible light irradiation. Total organic carbon(TOC) of aqueous solution,and CO and CO_2 gas concentrations evolved during the photodegradation were analyzed. A dramatic enhancement of photocatalytic activity of the photostructured visible active NdT/OP catalysts,compared to NdT catalyst,was observed. Only CO_2 was detected in gas-phase during visible light irradiation,proving that the photocatalytic process is effective in the mineralization of spiramycin,reaching very high values of TOC removal. The photocatalyst NdT/OP at 30 wt.% of NdT loading showed the highest photocatalytic activity(58%of TOC removed after 180 min irradiation against only 31% removal after 300 min of irradiation of NdT). We attribute this enhanced activity to the high effectiveness in the utilization of visible light through improved light harvesting and exploiting. OP particles act as "photoactive support",able to be excited by the external visible light irradiation,and reissue luminescence of wavelength suitable to promote NdT photomineralization activity.     

可见光响应手性TiO2复合光催化剂及其降解有机污染物

通过空穴和自由基捕获剂的加入,首先研究了可见光激发下手性TiO₂复合光催化剂降解罗丹明B和四环素的机理. 结果表明,可见光激发TiO₂光催化剂降解罗丹明B和四环素的机理是相同的,其形成的光生空穴是降解有机物的关键影响因素.利用D型手性表面活性剂在低温时可以构建右旋非对称手性堆积结构的D-TiO₂. 这种非对称结构在介孔TiO₂内部引入氧空穴和Ti-N键,使D-TiO₂也具有显著的可见光响应和可见光降解活性. La³⁺ 或者Fe³⁺的掺杂几乎不影响催化剂的形貌及其TiO₂的结晶过程, 但可以在催化剂中形成光生空穴和电子的捕获中心,显著提升可见光激发下TiO₂催化剂中光生空穴和电子的分离率,从而增强催化剂对四环素的光降解活性.     

Synergistic effect of N- and F-codoping on the structure and photocatalytic performance of TiO2

Three types of TiO₂ nanostructures were synthesized via a facile hydrolysis method at 195 °C. Effects of the preparation method and doping with N and F on the crystal structure and photocatalytic performance of TiO₂ were investigated. The nanomaterials were characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, Brunauer–Emmett–Teller porosimetry, ultraviolet–visible diffuse reflectance spectroscopy and fluorescent emission spectra. Their photo-catalytic activity was examined by the photodegradation of methylene blue in aqueous solution under both ultra-violet and visible light irradiation. The results show that nitrogen and fluorine co-doped anatase TiO₂ had the characteristics of a smaller crystalline size, broader light absorption spectrum and lower charge recombination than pure TiO₂. Most importantly, more efficient photocatalytic activity under both ultra-violet and visible light was observed. The obtained N–F-TiO₂ nanomaterial shows considerable potential for water treatment under sunlight irradiation.     

可见光响应漂浮式微球光催化剂及其光降解模拟海水中苯酚

为了将光催化技术应用于有机物污染海水的治理,本文首先利用水热还原得到了具有可见光响应的还原商用P25光催化剂,而后将还原后的P25作为活性组分负载在透明的有机玻璃空心微球表面,制成漂浮式微球光催化剂.还原后的P25的表征结果表明,水热条件下金属还原作用会将P25中少量Ti~(4+)还原成Ti~(3+),同时催化剂表面还形成了无序化-内部结晶的核壳结构.这两种结构变化都会显著拓展还原P25催化剂的可见光响应.含苯酚模拟污染海水的光降解实验发现,降解低浓度苯酚时,漂浮型微球光催化剂显示了优异的降解效率,降解5 h的去除率达到了95%以上.由于还原P25光催化剂的稳定性并且漂浮式微球光催化剂能简易回收,在多次重复实验中微球光催化剂都可以保持较高的催化活性.     

可见光激发下模拟海水中四环素光降解的机制和路径

为了探明海水体系中多相光催化降解污染物的机制和路径,研究了在可见光激发下不同介孔TiO₂光催化降解纯水和模拟海水中四环素(TC)的过程,明确了不同盐离子对光催化降解过程的影响.结合自由基捕获实验,电子自旋共振(ESR)光谱和中间产物分析研究了光降解污染物的主要活性物种和模拟海水中TC降解途径.结果表明,模拟海水中TC光催化过程会受到显著抑制,手性介孔TiO₂催化剂对TC光降解反应速率相比其在纯水体系降低了70%左右,而非手性TiO₂光催化剂在海水体系中几乎不能降解TC.模拟海水中阴离子对光降解过程影响较小,但Mg²⁺和Ca²⁺存在会显著抑制光催化过程.无论在纯水还是模拟海水中,可见光激发后催化剂产生的活性物种都是空穴为主,因此模拟海水中降解路径与纯水体系中相同.盐离子不会抑制活性物种的产生,但Mg²⁺和Ca²⁺会富集在TC分子中电负性强的原子周边,阻碍空穴等对TC分子中电负性强原子的攻击,从而抑制了光催化降解效率.     

CuNiFe LDHs/BiO2-x异质结可见光活化过硫酸盐降解环丙沙星

采用水热法成功合成了CuNiFe LDHs/BiO_2-x复合光催化剂,并在可见光照射下用于活化过硫酸盐（PMS）降解环丙沙星（CIP）.由于光催化和PMS活化的协同作用,CIP的去除率高达88.3%.利用XRD、FT-IR、SEM、XPS和UV-Vis DRS等方法对制备的光催化剂进行了表征.确定了CuNiFe LDHs的最佳负载量,并考察了PMS用量、初始pH值和无机阴离子（Cl^-、CO₃^2-和NO₃^-）对降解的影响.电子顺磁共振和自由基捕获实验表明·OH和h⁺是CIP降解的主要活性物种,并提出了该体系可能的降解机制.     

铜卟啉修饰In2TiO5纳米带的制备及其光催化性能

以5,10,15,20-四苯基铜卟啉（CuTPP）和5-（4-氨基苯基）-10,15,20-三苯基铜卟啉（CuAPTPP）为敏化剂,采用溶剂热法成功制备了铜卟啉敏化In₂TiO₅复合光催化剂.利用紫外、FT-IR、XRD、SEM、UV-vis DRS和N₂吸附脱附曲线对所得铜卟啉及复合光催化剂进行表征和分析.结果表明,铜卟啉负载于In₂TiO₅纳米带表面,复合光催化剂的禁带宽度及比表面积出现一定程度的减小,但未改变In₂TiO₅的晶型及形貌.其中,CuTPP敏化In₂TiO₅复合光催化剂的光催化活性最强,在模拟太阳光的照射下,120 min时罗丹明B（RhB）的降解率高达98.9%,而In₂TiO₅纳米带对RhB的降解率仅为33.5%,且循环使用5次后其光催化降解率仍保持在95%以上.     

掺硼铁氧化物在紫外-可见光下的催化性能

采用溶胶凝胶法制备不同掺硼量的针铁矿和赤铁矿催化剂,并用X射线衍射图谱（XRD）、比表面积（BET法）、紫外可见漫反射光谱（DRS）及电荷零点（盐滴定法）对催化剂进行表征.结果表明：硼掺杂能改变催化剂的晶体结构,增大其比表面积和Lewis表面酸度,并能提高催化剂的紫外-可见光活性.在紫外光下,掺硼质量分数2%的赤铁矿对...     

煅烧结合光辐照提高纳米AgI/TiO2的可见光响应

为提高AgI/TiO₂的可见光响应能力,采用煅烧结合光辐照的工艺对其进行改性.紫外-可见光吸收分析表明,改性AgI/TiO₂的敏感光谱范围覆盖了整个可见区,吸收边带从465 nm红移至800 nm,在500 nm处的吸光度提高了近3倍.X-射线衍射分析结果指出,煅烧提高了金红石型TiO₂的相对含量,导致禁带宽度从2.89 eV降到2.81 eV,氙灯辐照进一步增加了锐钛型TiO₂、金红石型TiO₂和AgI的相对含量,并生成了新的晶体AgCl,使其禁带宽度又降至1.55 eV左右.AgCl的产生、AgI和金红石型TiO₂相对含量的增加是降低改性材料禁带宽度和增强可见光响应能力的主要原因.研究还表明,只有煅烧后的AgI/TiO₂才能通过光辐照来拓宽可见光敏感范围,而且,光辐照中起作用的主要是紫外光,可见光的作用甚小.研究最后提出将2种或2种以上的卤化银负载在纳米TiO₂上,更能有效地增强TiO₂的可见光响应能力.     

Synthesis, crystal structure, photodegradation kinetics and photocatalytic activity of novel photocatalyst ZnBiYO4

ZnBiYO₄ was synthesized by a solid-state reaction method for the first time. The structural and photocatalytic properties of ZnBiYO₄ were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and UV-Vis diffuse reflectance. ZnBiYO₄ crystallized with a tetragonal spinel structure with space group I41/A. The lattice parameters for ZnBiYO₄ were a = b = 11.176479 Å and c= 10.014323 Å. The band gap of ZnBiYO₄ was estimated to be 1.58 eV. The photocatalytic activity of ZnBiYO₄ was assessed by photodegradation of methyl orange under visible light irradiation. The results showed that ZnBiYO₄ had higher catalytic activity compared with N-doped TiO₂ under the same experimental conditions using visible light irradiation. The photocatalytic degradation of methyl orange with ZnBiYO₄ or N-doped TiO₂ as catalyst followed first-order reaction kinetics, and the first-order rate constant was 0.01575 and 0.00416 min^-1 for ZnBiYO₄ and N-doped TiO₂, respectively. After visible light irradiation for 220 min with ZnBiYO₄ as catalyst, complete removal and mineralization of methyl orange were observed. The reduction of total organic carbon, formation of inorganic products, SO₄^2- and NO₃^-, and evolution of CO₂ revealed the continuous mineralization of methyl orange during the photocatalytic process. The intermediate products were identified using liquid chromatography- mass spectrometry. The ZnBiYO₄/(visible light) photocatalysis system was found to be suitable for textile industry wastewater treatment and could be used to solve other environmental chemical pollution problems.     

上转换发光剂掺杂纳米TiO2的制备及可见光降解乙基紫的研究

合成了一种新型含有稀土金属Er的上转换发光剂40CdF₂·60BaF₂·1.6Er₂O₃,此上转换发光剂在488 nm可见光的激发下,产生了5个波长均小于387 nm的上转换紫外光发射峰.采用超声波分散的方法制备出了上转换发光剂掺杂的纳米TiO₂可见光光催化剂.利用X-射线衍射(XRD)及透射电镜(TEM)对催化剂进行了表征.以乙基紫染料为研究对象,研究了在(三基色灯下发出的)可见光的照射下该可见光光催化剂的催化降解性能,并与未掺杂的纳米TiO₂粉末的催化性能进行了对比.结果表明,作为掺杂成分的上转换发光剂可有效地将可见光转化为紫外光并被纳米TiO₂粉末吸收利用,在可见光照射12.0 h后乙基紫降解率达到了99.68%,大大高于未掺杂纳米TiO2时的降解率.     

C3N4/BiOBr复合可见光催化剂的性能及其作用机制

利用水热合成法制备了C_3N_4/BiOBr复合可见光催化剂,通过XRD、FT-IR、SEM、DRS、PL等手段对催化剂的物相组成和光化学性能进行了系统表征,利用对罗丹明B(RhB)的降解实验评价了催化剂在可见光照下的光催化降解活性和稳定性并通过ESR分析和自由基捕获实验探究了RhB的光催化降解机制.结果表明,水热合成法可成功制备结晶性能良好的C_3N_4/BiOBr复合可见光催化剂;C_3N_4的复合降低了BiOBr光催化剂的电子-空穴的复合,提高了光催化降解活性,其中15%C_3N_4/BiOBr的活性最佳,可见光照18 min后RhB的脱色率达100%,较纯BiOBr提高了1.5倍,且重复使用5次后仍具有较高的光催化降解活性;复合催化剂光催化降解RhB过程中参与降解的主要活性物种为空穴(h~+)和超氧自由基(·O_2~-),其中h~+影响更为显著.     

微波改性MWNTs/TiO2复合材料对1,2,3-三氯苯的光催化降解研究

在微波辐照干化的条件下用溶胶-凝胶法制备了MWNTs/TiO2复合光催化剂.对该复合材料的表征表明：随着微波功率逐渐增大至400 W,MWNTs/TiO2复合材料管径逐渐变小,且在400 W时制备的MWNTs/TiO2复合材料分散性较好.进一步增大微波功率导致复合材料的管径增大,分散性降低.研究了不同微波辐照条件下制备的MWNTs/TiO2复合光催化剂对1,2,3-三氯苯的光催化降解效果,结果表明,该复合光催化剂对1,2,3-三氯苯的光降解遵循一级反应动力学;在微波功率为400 W、辐照时间为5 min情况下制备的复合光催化剂对1,2,3-三氯苯的降解速率最快,其反应常数为0.023 7 min^-1,该值比非微波加热干化的同样复合材料的反应速率常数值提高了52%.     

BiOCl/TiO_2复合材料的可见光活性及机理研究

采用水热法和溶胶凝胶法制备新型BiOCl/TiO2复合材料并明确了最优的掺杂比例(2%).随后利用X射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射(DRS)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对该材料进行表征.由于禁带宽度较大,纯BiOCl和TiO2的可见光催化性能极差,然而二者复合后,同条件下的苯降解率却大幅提升,可以达到40%以上.经证实,催化剂制备过程中,Bi的状态发生变化,在TiO2导、价带之间插入新的能级,使其禁带宽度变窄,电子可以实现可见光跃迁.     

焙烧条件对热聚合法制备石墨相氮化碳光催化性能的影响及其机理

以三聚氰胺、硝酸为原料,采用热聚合法制备石墨相氮化碳（g-C₃N₄）,研究了不同焙烧温度对石墨相氮化碳光催化性能的影响。利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、紫外-可见漫反射（UV-Vis DRS）以及光致发光光谱（PL）等技术对石墨相氮化碳样品的形貌、化学组成、晶体结构等理化性质进行表征,通过光催化降解实验探究石墨相氮化碳的催化活性。实验结果表明:当焙烧温度为550℃时,制备的石墨相氮化碳样品光催化性能最好。当催化剂投加量为0.04 g时,可见光照射50 min后,对50 mL浓度10 mg/L的罗丹明B（RhB）溶液的降解效率可达到91.7%。适宜的焙烧温度能够使光催化剂的光吸收能力增强,并促进光生电子（e-）和空穴（h+）分离。     

硼掺杂CeO2/TiO2光催化剂的制备及其活性研究

在三氯化钛和钛酸丁酯水解过程中引入硼酸、硝酸铈,制备了具有可见光活性的硼(B)掺杂CeO₂/TiO₂复合氧化物光催化剂,采用XRD、DRS、XPS等手段进行表征,以偶氮染料酸性红B为模型污染物评估了催化活性.结果表明,硝酸铈加入量影响催化剂的吸收带边,随用量增加,吸收带边红移至481nm(Ce/Ti=1.0,摩尔比),继续增加用量,吸收带边轻微蓝移.催化剂晶相组成与焙烧温度有关,500℃时焙烧样品主要由立方晶型CeO₂和锐钛矿TiO₂组成,焙烧温度高于700℃时,TiO₂转化为金红石型,CeO₂则无显著变化.随焙烧温度升高,催化剂吸收带边明显蓝移,综合考虑催化剂稳定性和太阳能利用,认为500℃焙烧较为合适.B1s XPS显示仅有少量B原子进入复合氧化物晶格取代了氧原子,主要以B₂O₃形式存在.酸性红B降解试验显示B掺杂CeO₂/TiO₂可以提高TiO₂的催化活性,紫外光辐射10min最高可使96.0%的酸性红B分解,且反应彻底,表现出较强的氧化能力,但Ce/Ti>0.5(摩尔比)时催化活性显著下降.