ZSM-5分子筛疏水改性及催化H_2O_2氧化苯酚的性能研究

以甲苯为溶剂、三甲基氯硅烷(TMCS)为表面改性剂,采用液相接枝的方法对ZSM-5分子筛进行疏水化改性,通过XRD、FTIR、N2吸附-脱附、TG、水静态吸附试验等手段对改性前后的ZSM-5分子筛进行了表征,并将其应用于苯酚的吸附及催化氧化研究。结果表明:改性后ZSM-5分子筛仍保持原有的孔道结构,-Si(CH3)3基团接枝到孔道表面,使比表面积和孔容、孔径均有下降;改性后ZSM-5分子筛水静态吸附率由3.82%降至1.12%,疏水性得到明显提高;改性后ZSM-5分子筛对苯酚的吸附机理符合Langmuir模型,吸附动力学符合准二级动力学模型,且对水中苯酚的饱和吸附量由30.7mg/g增加到36.9mg/g;疏水改性后的分子筛负载MnO2催化H2O2氧化降解苯酚的效率可达86.2%,且其吸附过程与催化氧化过程具有协同效应。     

TiO_2/AC催化臭氧氧化处理水中的苯酚

研究了单独臭氧氧化及以活性炭(AC)和负载二氧化钛的活性碳(TiO2/AC)为催化剂催化臭氧氧化处理水中苯酚的效果。考察了AC、TiO2/AC对苯酚的吸附特性及三种方法对苯酚的转化率及矿化率效果及其臭氧利用效率,并对氧化过程进行了动力学分析。实验结果表明:AC、TiO2/AC对苯酚的吸附均较好地符合Freundlich方程;催化臭氧氧化转化苯酚的效果高于单独臭氧氧化;TiO2/AC作催化剂有利于苯酚的最终矿化,同时提高了臭氧的利用效率;3种氧化反应均较好的符合二级动力学方程,TiO2/AC催化臭氧氧化苯酚的二级动力学常数为0.0001L/(mg.min),高于单独臭氧氧化0.00004L/(mg.min)和AC催化臭氧氧化0.00006L/(mg.min)。     

CNT/PANI电极吸附去除水中Cu~(2+)的研究

通过原位化学聚合法制备CNT/PANI复合材料,采用电镜扫描(SEM)、傅里叶红外光谱技术(FTIR)、X射线光电子能谱技术(XPS)和循环伏安法(CV)对复合材料的物理化学特性进行表征和测试.结果表明,复合材料比表面积和孔隙率减少,但比电容增加.CNT/PANI复合材料电极对铜离子的去除效果是CNT电极的4.24倍,吸附量随着电压、铜离子初始浓度和p H的增加而增加,电吸附过程符合准一级动力学.     

电吸附对卤族阴离子的吸附性能研究

分别以物理法和物理化学法对活性炭电极改性进行电吸附实验。采用BET、SEM和FT-IR对电极结构及表面性质进行表征,不仅考察了不同改性方法的电极对卤族阴离子(Cl-、F-、Br-及I-)的吸附性能。并对活性炭电极吸附过程进行动力学分析。结果表明,活性炭电极经物理改性后对NaCl、NaF、NaBr及NaI的单位吸附量分别为5.86、7.29、6.73、20.81 mg/g;经过物理化学改性后电极对4种盐单位吸附量分别达到7.14、9.1、12.02、17.48 mg/g。经拟合吸附过程均符合伪二级动力学方程。在电吸附过程中,2种改性方法增强了活性炭电极对卤族阴离子(Cl-、F-、Br-及I-)的吸附。     

CTMAB/TiO_2表面修饰膨胀珍珠岩制备及降解苯酚研究

用溴化十六烷基三甲铵(CTMAB)和/或TiO2对膨胀珍珠岩(EP)进行表面修饰,获得不同表面修饰膨胀珍珠岩(EP、TiO2-EP、CTMAB-EP和TiO2/CTMAB-EP)。并研究了其对水中苯酚的吸附降解动力学方程以及去除效果和影响因素。结果表明,膨胀珍珠岩对苯酚的吸附去除能力很小,CTMAB对其进行表面修饰后可小幅提高对苯酚的去除率,同时负载CTMAB和TiO2的膨胀珍珠岩对水中苯酚的去除率有很大提高;修复材料投加量、振荡时间、苯酚初始浓度和pH值等对苯酚的去除效果有较大影响;在溶液初始pH小于8时,TiO2对苯酚的光催化降解能力随pH增加而提高,强酸或强碱环境均不适合苯酚的光催化降解。在膨胀珍珠岩上同时负载CTMAB和TiO2可望成为一种高效去除环境中有机污染物的新型环境修复材料。     

掺杂过渡金属的TiO2/累托石复合材料的制备及其光催化性能研究

以累托石为载体,钛酸四丁酯和硝酸铜为原料,采用溶胶-凝胶法制备出了掺杂过渡金属铜的TiO2/累托石复合光催化材料,并对其进行了X射线衍射(XRD)和红外光谱(FT-IR)的表征.同时考察了复合材料在紫外光照下对对氯苯酚的光催化活性,研究了铜掺杂量和煅烧温度等因素对复合材料光催化活性的影响,探讨了过渡金属掺杂改性TiO2的机理及对氯苯酚的光催化降解机理.实验结果表明:在制备复合材料的过程中,累托石的层状结构遭到一定程度的破坏;复合材料中的TiO2主要是以大部分的锐钛矿型和小部分的金红石型的混合形态存在;负载累托石后复合材料的吸附性能明显增加,掺杂铜的TiO2/累托石复合材料的光催化活性要高于未掺杂铜的TiO2/累托石复合材料,并且当掺铜量为0.5%(质量分数),煅烧温度为500℃时,复合材料对对氯苯酚的光催化去除率达到最大;苯醌类物质可能是对氯苯酚光降解的中间产物.     

TiO2@酵母微球吸附废水中的荧光增白剂-VBL及再生研究

采用静电自组装的方法制备出具有草莓结构的TiO2@酵母微球作为吸附材料,对阴离子型荧光增白剂-VBL(FWA-VBL)废水进行吸附研究,考察了溶液pH、溶液初始浓度和TiO2@酵母投加量对吸附效果的影响.结果表明,酸性条件有利于TiO2@酵母微球对FWA-VBL的吸附,平衡吸附量随着溶液初始浓度的增加而增加,随着TiO2@酵母微球投加量的增加而减小.TiO2@酵母对FWA-VBL的吸附行为更加符合Langmuir等温模型,在温度为323.15K下最大吸附量为167.50mg/g; 吸附动力学符合二级动力学方程; 热力学参数表明吸附过程是自发的吸热过程.归因于光催化-吸附耦合效应,TiO2@酵母微球展现出了良好的原位再生能力.H2O2的添加有助于提高TiO2@酵母微球的再生性能.     

2,6-二氨基蒽醌/石墨烯复合电极强化电吸附Pb2+

电吸附高效去除水中重金属离子的关键在于开发性能优异的电极材料.采用2,6-二氨基蒽醌(DA)修饰还原氧化石墨烯(r GO),通过溶剂热法成功制备了DA@rGO复合电极,考察了复合电极的电化学性质及电吸附Pb~(2+)性能.循环伏安测试表明,复合电极电化学性质优异,比电容在电流密度为1 A·g-1时达到304. 4 F·g-1,DA修饰显著提高了复合电极的赝电容.电吸附Pb~(2+)测试表明,施加电压为-1. 2 V时电吸附效果最优,反应60 min后Pb~(2+)去除率达94. 8%.电吸附过程符合一级动力学方程,Langmuir模型拟合得到Pb~(2+)的饱和吸附量为356. 66 mg·g-1,明显高于r GO电极(319. 40 mg·g-1),DA修饰引起的电容增加是复合电极Pb~(2+)吸附量提高的重要原因.使用0. 5 mol·L-1硝酸处理可使电极吸附的Pb~(2+)在5 min内脱附完全,实现吸附剂再生.经过10次电极吸附-脱附循环后,DA@rGO复合电极对Pb~(2+)的吸附去除率保持在88%左右,电极循环性能稳定.     

改性水凝胶的制备及其对Pb2+、Cd2+吸附性能研究

采用60Co-γ射线低温辐射技术,以丙烯酸羟乙酯(HEA)和N-乙烯基甲酰胺(NVF)为共聚单体,合成了一种新型共聚物水凝胶:聚(丙烯酸羟乙酯/N-乙烯基甲酰胺)[p(HEA/NVF)],并采用三乙烯四胺(TETA)对其进行胺化改性,制得一改性水凝胶:聚(丙烯酸羟乙酯/N-乙烯基甲酰胺)-三乙烯四胺[p(H/V)-T].对制备的p(HEA/NVF)凝胶进行了SEM分析和FTIR分析,并对改性后的p(H/V)-T进行XPS分析及FTIR分析.研究了改性前后水凝胶对重金属Pb2+、Cd2+的吸附性能,改性后水凝胶对Pb2+、Cd2+的吸附动力学,以及重金属离子初始浓度、pH值等对改性凝胶吸附性能的影响,并对吸附重金属前后的水凝胶进行电子能谱分析.SEM分析表明,p(HEA/NVF)水凝胶是一种具有多孔结构的高分子材料;吸附实验结果表明,相比较p(HEA/NVF),p(H/V)-T对Pb2+的吸附量增加了700%,对Cd2+的吸附量增加了600%;p(H/V)-T对Pb2+、Cd2+的吸附量随着pH的升高而增加,吸附过程满足准二级动力学方程,并均能较好地符合Freundlich和Langmuir等温吸附模型(R2>0.95);红外分析证实,HEA和NVF已成功聚合为一新型共聚物水凝胶,且多胺基团已被成功地接于共聚物水凝胶表面;XPS分析得出,改性后水凝胶p(H/V)-T对重金属Pb2+、Cd2+的吸附机制为两者之间的螯合作用.     

改性麦麸生物吸附剂对废水中苯酚的吸附机理研究

将麦麸分别用氯化铵(NH4Cl)、十八烷基二甲基苄基氯化铵(SDMBA-Cl)、三乙基苄基氯化铵(TEBAC)进行改性,制得一系列改性麦麸吸附剂。经筛选,确定采用经SDMBA-Cl改性的麦麸作为吸附剂,探讨各种吸附条件对改性麦麸吸附苯酚的影响。当苯酚初始浓度为50 mg·L~(-1),pH=9.0,吸附剂投加量为30 g·L~(-1),吸附时间为240 min时,改性麦麸吸附剂对苯酚的去除率达76.8%,最大理论吸附量为30.12 mg·g~(-1)。吸附动力学研究表明,该吸附过程符合准二级动力学方程,属于化学吸附。改性麦麸对苯酚的吸附符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,R~2均大于0.99。     

Preparation and performance of photocatalytic regenerationable activated carbon prepared via sol-gel TiO2

Preparation of photocatalytic regenerationable activated carbon （AC） is the key step for the practical application of in situ regeneration of exhausted AC. A novel photocatalytic regenerationable AC was prepared by sol-gel TiO2 in this work. The adsorption and regeneration performance of TiO2/AC were evaluated using phenol as model compound. Scanning electron microscope （SEM） and nitrogen （77 K） adsorption isotherm were used to determine the surface area, pore structure and the distribution of TiO2. The results showed that with the increase of TiO2 loading, adsorption capacity of TiO2/AC decreased and the regeneration efficiency increased. The photocatalytic regenerationable AC with suitable TiO2 loading （2 wt%） exhibited suitable adsorption capacity and regeneration efficiency. TiO2 located mainly in the entrance of macro-pore of carbon. The prepared TiO2/AC exhibited similar surface structure and pore structure with material carbon.     

载钛活性炭电极电吸附除盐性能的研究

采用sol-gel法制备载钛活性炭(Ti-AC),并用此活性炭制取了Ti-AC电极,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射仪(XRD)和电化学工作站等对活性炭电极的表面形貌、元素组成、化合物形态以及电极的电化学性能进行分析,并考察载钛前后活性炭电极的除盐能力,而且对Ti-AC电极与碳纳米管电极和活性炭纤维电极的实用性进行比较.结果表明,Ti-AC电极含有一定量的Ti元素,其形态为金红石型TiO2,并在电极表面积聚为很多的絮状结构,载钛后双电层形成速率更快,电吸附容量显著提高.对NaCl的吸附试验表明,Ti-AC电极物理吸附降低,电吸附明显提高,除盐率提高了62.7%.实用性分析表明,Ti-AC电极更适宜应用于电吸附除盐.     

TiO_2/ACF光催化反应器的设计及降解苯酚的研究

以硫酸钛为原料,活性炭纤维(ACF)为载体,通过水解法制备出光催化剂(TiO2/ACF)。利用SEM、XRD等技术对其进行表征确认,ACF表面负载有大量以锐钛矿型为主的TiO2。在考虑工艺操作的应用性,以及反应器中的光-固(催化剂)-液(反应器溶液)-气(空气)等各要素之间的良好接触和匹配关系的情况下,设计、制作光催化氧化反应器。以主波长为254 nm的紫外灯作为光源,利用制备的TiO2/ACF光催化降解苯酚溶液,考察了动态条件下苯酚的去除效果。结果表明:在苯酚初始质量浓度为40 mg/L,废水pH=7.5,反应器内紫外灯光强为1.75 W/L,通入空气量Q=2.6 mL/(min.L)的情况下,当废水在反应器内HRT约为7.67 h时,苯酚去除率可达91%,COD去除率约为79%。     

饮用水源突发挥发酚污染应急处理中试研究

通过为期2个月规模为4m3·h-1的中试试验,考察了常规给水工艺(混凝、沉淀和过滤)对突发挥发酚污染原水的处理情况.重点考察了活性炭吸附、臭氧预氧化和高锰酸钾预氧化等3种应急工艺的除酚效能.结果表明,常规混凝沉淀对挥发酚的去除率低于10%,砂滤在12h内可起到拦截挥发酚的作用,3种应急工艺均可提高挥发酚的去除效果,起到应急的作用.其中活性炭吸附对挥发酚的去除率可达44%;在0.5mg·L-1的投量下高锰酸钾预氧化可达到50%的除酚效率;臭氧预氧化可使沉淀出水挥发酚达标(0.002mg·L-1),挥发酚去除率约99%.     

改性活性碳纤维电芬顿降解苯酚废水性能研究

采用微波改性、硝酸改性、磷酸改性及氨水改性等方法改性活性碳纤维(ACF-0),依次标记为ACF-1、ACF-2、ACF-3和ACF-4.以改性前后的活性碳纤维为阴极,电芬顿催化处理苯酚模拟废水,考察不同的改性方法对H2O2生成量、COD去除率、苯酚去除率及其中间产物的影响.结果表明,微波改性活性碳纤维的吸附性能及电催化活性最优,相比未改性活性碳纤维,经微波或酸碱改性后的活性碳纤维反应体系中,H2O2生成量均有所增加.苯酚在各电芬顿催化体系中的去除率大小依次是:ACF-1>ACF-3>ACF-4>ACF-2>ACF-0;COD去除率大小依次是:ACF-1>ACF-4>ACF-3>ACF-2>ACF-0,说明微波及酸碱改性有利于提高活性碳纤维的催化性能.此外,苯酚降解中间产物的生成也会受到改性方法的影响.     

电场辅助活性炭吸附法去除水中的Cu2+

通过电场辅助活性炭吸附水中的Cu²⁺,分析吸附机理,pH值对Cu²⁺吸附的影响以及活性炭电极的再生性.结果表明,活性炭电极添加电场后,Cu²⁺的去除率明显提高,当活性炭电极间施加1.0V电压时,Cu²⁺的去除率提高了223.5%.通过Langmuir和Freundlich吸附等温线模型分析,添加电场后,活性炭电吸附Cu²⁺主要是带电活性炭表面形成的双电层作用,而不仅仅是活性炭表面化学吸附点位.pH值对电场辅助活性炭吸附水中Cu²⁺的影响极大,pH值太低时,水中H⁺会与Cu²⁺竞争活性炭表面化学吸附点位以及双电层点位.研究发现采用电极短接方式可提高Cu²⁺后的脱附率及脱附速率,脱附率达到79.1%.通过FTIR图谱可知,表面官能团-COOH和-C=O吸附的Cu²⁺难以脱附出来,但得益于此,再循环吸附-脱附2~4次时,主要以双电层静电吸附为主,脱附效率提高,电极的再生性良好.     

二氧化钛悬浆体系中过硫酸盐对苯酚光催化降解的影响

研究了二氧化钛悬浮溶液中过硫酸盐对苯酚的吸附和光催化降解动力学的影响.在过硫酸盐浓度较低的条件下,S2 O2 - 8的加入能有效提高苯酚的光催化降解速率和表观量子产率,UV TiO2 K2 S2 O8体系下的表观量子产率大于UV TiO2 与UV K2 S2 O8两体系下表观量子产率之和;但是,当过硫酸盐浓度较高时,随着S2 O2 - 8浓度的增加,竞争性吸附加剧,二氧化钛表面的苯酚吸附量急剧减少,导致苯酚的降解速率和表观量子产率不升反降,苯酚平衡吸附量与光催化降解速率呈高度一致性.在本实验条件下,当K2 S2 O8浓度为5 0 0mg·L- 1 时表观量子产率达到最大,协同因子达0 3 9.在不同强度的入射光条件下,也能得到相似的结果.此外,讨论了pH值对不同体系TOC去除率的影响,并对在K2 S2 O8存在时TiO2 的光催化机理进行了探讨     

Preparation and application of efficient TiO2/ACFs photocatalyst

Activated carbon fibers （ACFs） supported titanium dioxide （TiO2） photocatalyst was developed by sol-gel method. The surface morphology and microstructure of the photocatalyst were characterized with scan electron microscope（SEM）, X-ray diffraction patterns and specific surface area analysis. The prepared photocatalyst is specially helpful for the removal of low molecular weight organic pollutants in wastewater. Decomposition efficiency of methylene blue solution by TiO2/ACFs catalyst reached almost 100% under 60 min reaction, while the decomposition efficiency by pure TiO2 was only 25% under 3 h reaction. The mineralization of toluene aqueous solution was measured by total organic carbon instrument, and the evolution of intermediate species was detected by gas chromatograph instrument. The results indicated that the prepared photocatalyst not only enhanced the photoactivity of TiO2, but also suppressed the emergence of intermediate species, which may be more deleterious to human. The enhancement of photocatalysis was due to increased efficiency of adsorption and desorption, which were control steps in heterogeneous photocatalysis.