微波辅助离子液体合成高效光催化剂BiOI花球

用微波辅助离子液体成功合成纳米片组成的BiOI微球,可见光诱导光催化降解RhB溶液中显示高活性,归因于其高比表面积和较多成功分离的光生电子和空穴,且光在BiOI纳米片之间的多次反射,提高了光的利用率。RhB降解过程中光生空穴为主要活性物种,RhB经持续脱乙基形成5个中间产物,最后完全矿化为CO_2。     

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.     

BiOCl-(NH4)3PW12O40复合光催化剂制备及其光催化降解污染物机制

光生电子和空穴的分离效率是影响光催化性能的重要因素.氯氧铋是典型的层状纳米光催化剂,却因光生电子和空穴的快速复合所表现出的低量子效率而受到使用限制.本文通过两步的水热法合成了BiOCl-(NH_4)_3PW_(12)O_(40)复合光催化剂.以甲基橙(MO)为模拟污染物进行光催化活性测试.结果表明,在氙灯模拟的太阳光照射下,Bi与W的原子比为1∶1时,其催化效果最佳.通过自由基猝灭实验对催化剂光降解MO的催化机制进行了研究,发现BiOCl是由空穴,羟基自由基和超氧自由基共同作用来对MO进行降解;而复合催化剂则主要以羟基自由基和超氧自由基为活性物种来降解MO.通过对反应前后的催化剂进行XPS分析,证明了磷钨酸铵可以接收BiOCl产生的光生电子.通过光电流测试,表明复合光催化剂的光生电子的转移和分离效率有了较大的提高,从而提高了光催化活性.     

BiOAc/BiOX(X＝Cl,Br)复合材料的制备及其对混合染料的去除

铋系半导体光催化剂虽然光响应范围广、催化性能稳定,但光生电子和空穴复合率高、光催化效率低,形成二元异质结是解决该问题的有效途径.该研究在室温下,采用化学沉淀法制备花球状BiOAc,然后通过离子交换法与BiOX(X=Cl,Br)复合形成BiOAc/BiOX二元异质结光催化材料.利用XRD、SEM、TEM、N₂吸附解吸等温线、UV-vis DRS、EIS等技术表征材料的晶体结构、光学性质及光生载流子复合情况.以阳离子混合染料〔罗丹明B(RhB)、亚甲基蓝(MB)〕和阴离子混合染料〔靛红(Isatin)、达旦黄(Titan yellow)〕作为目标污染物评定样品的光催化性能及重复使用性;通过捕获试验对BiOAc/BiOX光催化体系中的反应活性物种进行检测,并对光催化机理进行了推测.结果表明:①通过离子交换过程,BiOAc和BiOX成功地复合在一起形成异质结结构.②BiOAc与BiOX的摩尔比为6∶1时,复合材料具有最佳的光催化性能.③BiOAc/BiOBr比BiOAc/BiOCl对阳离子染料的吸附能力更强,有利于染料的光催化降解.④重复试验表明该方法合成的BiOAc/BiOX复合材料具有较好的稳定性.⑤光催化反应过程中起主要作用的活性物种是·O₂-和h+,光生电子在BiOAc和BiOX导带间的传输抑制了电子空穴对的复合,提高了光催化效率.以上研究结果表明,该BiOAc/BiOX复合材料在染料废水的深度处理方面具有潜在的应用前景.      

BiOCl-(NH_4)_3PW_(12)O_(40)复合光催化剂制备及其光催化降解污染物机制

光生电子和空穴的分离效率是影响光催化性能的重要因素。氯氧铋是典型的层状纳米光催化剂,却因光生电子和空穴的快速复合所表现出的低量子效率而受到使用限制。本文通过两步的水热法合成了BiOCl-(NH4)3PW12O40复合光催化剂。以甲基橙(MO)为模拟污染物进行光催化活性测试。结果表明,在氙灯模拟的太阳光照射下,Bi与W的原子比为1:1时,其催化效果最佳。通过自由基猝灭实验对催化剂光降解MO的催化机制进行了研究,发现BiOCl是由空穴,羟基自由基和超氧自由基共同作用来对MO进行降解;而复合催化剂则主要以羟基自由基和超氧自由基为活性物种来降解MO。通过对反应前后的催化剂进行XPS分析,证明了磷钨酸铵可以接收BiOCl产生的光生电子。通过光电流测试,表明复合光催化剂的光生电子的转移和分离效率有了较大的提高,从而提高了光催化活性。     

复合催化剂氧化锡/网状碳的制备及光催化降解罗丹明B的研究

模板法与水热合成法制备了氧化锡/网状碳（SnO₂/RCs）复合材料,以改善纯相氧化锡（SnO₂）对印染废水的光催化处理效果.采用多种表征手段对所制备复合材料的微观结构、微观形貌、孔径分布和比表面积、光吸收性能、官能团以及光电性能进行了分析.通过可见光催化降解10 mg·L^-1的罗丹明B溶液的实验评估了所制备材料的光催化性能和循环稳定性.结果表明,在可见光条件下,SnO₂/RCs复合材料的光催化性能与纯SnO₂相比有显著提升,并且具有良好的循环稳定性.自由基捕获实验表明复合材料在降解有机污染物的过程中起作用的主要活性基团为空穴,超氧自由基和羟基自由基.复合材料光催化性能提高的原因归纳为：（1）能带结构改善所引起的对可见光的吸收性能的提高;（2）高的比表面积为光催化降解反应提供了更多的活性位点;（3）氧化锡与网状多孔碳所形成的异质结,使得电子传输/迁移能力提高,抑制了光生电子-空穴对的复合.     

BiPO4/赤铁矿光催化降解气态苯乙烯

利用水热法合成了 BiPO₄/赤铁矿复合催化剂,并对催化剂进行了 X 射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、X 射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）、紫外可见漫反射（DRS）、BET 比表面及光致发光光谱（PL）等一系列表征,同时探讨了不同制备条件下的复合催化剂对气态苯乙烯降解的影响及其光催化机理 .结果表明：天然赤铁矿的负载能有效提高 BiPO₄光生电子-空穴对的分离效率,提升其光催化活性;当制备BiPO₄/赤铁矿的条件为质量比1∶1、溶液 pH=1、焙烧温度 300 ℃时,复合材料对 50 mg·m^-3气态苯乙烯的降解率最高,达到 87.9%,且在同等条件下进行 4 次循环实验后,降解率仅下降 5.9%,稳定性得以证明 . 经过机理实验研究证明,BiPO₄/赤铁矿复合催化剂光催化降解苯乙烯主要是光生电子-空穴对、氧衍生的超氧自由基及羟基自由基起主导作用 .     

BiOBr@Bi_2MoO_6复合光催化剂制备及其对RhB和BPA降解

采用"两步溶剂热"法制备了BiOBr@Bi_2MoO_6复合光催化剂,并用XRD、SEM、XPS、PL和UV-vis DRS等手段对制备的催化剂进行表征.以罗丹明B(RhB)和双酚A(BPA)为目标污染物研究了该催化剂的可见光光催化性能.结果表明,BiOBr@Bi_2MoO_6复合光催化活性明显高于纯Bi_2MoO_6,当BiOBr的负载量为20wt%时催化活性最高,对RhB和BPA降解率分别为97.51%和95.41%.通过对降解过程中产生的活性物种的测定,指出空穴(h+)和·O_2~-在污染物降解过程中起主要作用.对BiOBr@Bi_2MoO_6复合催化剂的光催化原理进行了讨论,提出BiOBr和Bi_2MoO_6之间形成的异质结构可能是促进光催化活性提高的主要原因.另外,BiOBr@Bi_2MoO_6-20异质结具有良好的稳定性,可以进行回收和重复利用.     

g-C_3N_4/石墨烯复合材料的制备及光催化活性的研究

以三聚氰胺和氧化石墨烯颗粒为原料,通过研磨负载、氮气气氛下煅烧的方法制备了石墨相氮化碳/石墨烯(g-C_3N_4/r GO)复合光催化剂.主要采用TEM、XRD、PL等对其进行表征,研究了其在模拟太阳光下对罗丹明B(Rh B)的光催化性能.PL分析结果显示,相比单一的g-C_3N_4,g-C_3N_4/r GO的光生电子-空穴对的复合几率大大降低.光催化结果表明,和单一g-C_3N_4相比,首次使用研磨负载、氮气保护气氛下煅烧制备的g-C_3N_4/r GO(2%)光催化反应180min后对Rh B的降解率提高了43.2%.这是因为石墨烯为g-C_3N_4提供了电子转移场所,实现光生电子-空穴的有效分离,从而提高了光催化效率.本文还考察了添加叔丁醇(TBA)和三乙醇胺(TEOA)后对g-C_3N_4/r GO光催化的影响,实验结果表明:光生空穴是g-C_3N_4/r GO光催化体系中的主要活性物质之一.     

废物处理与综合利用

X7200601495纳米级TiO2光催化氧化机理及其在污染治理中的应用/赵毅…(华北电力大学环境科学与工程学院)∥电力环境保护/国电环保所.-2005,21(4).-43～47环图X-112纳米级TiO2因其活性高、稳定性好而在污染物治理领域被广泛用做光催化剂。通过纳米TiO2半导体的光催化效应,在材料内部由吸收光激发电子,产生电子-空穴对,即光生载流子,并迅速迁移到材料表面,激活材料表面吸附氧和水力,产生活性羟基自由基(·OH)和超氧阴离子自由基(·O-2),从而转化为一种具有安全化学能的活性物质,起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌的作用。主要阐述了TiO2…     

Co3O4/BiVO4复合阳极活化过一硫酸盐强化光电催化降解双酚A

采用静电纺丝法制备了Co_3O_4/BiVO_4复合薄膜电极,并以之为光阳极,在过一硫酸盐(PMS)辅助作用下开展了光电催化降解双酚A研究.结果表明,PMS在可见光下可显著强化Co_3O_4/BiVO_4复合阳极光电催化降解双酚A,在0.25 V外加偏压以及可见光照射下,当加入2 mmol·L-1PMS时,双酚A在2 h内的降解效率为96%.降解动力学常数为0.471 4 min-1.系统研究了PMS初始浓度、外加偏压对双酚A降解性能的影响.结果发现,双酚A在较低的PMS投加量和较低的外加偏压(0.25 V)下即可有效降解.采用电子自旋共振波谱仪鉴定体系的主要活性自由基为SO·-4和·OH.并进一步通过淬灭实验结果证明空穴、SO·-4和·OH起主要氧化作用.光电反应后的体系中未检测到金属离子溶出,可避免二次污染.     

MoS2/BiOI复合光催化剂制备及其光催化氧化还原性能

通过两步法合成花状MoS_2/BiOI复合光催化剂,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外可见漫反射(UVVis)、光电子能谱(XPS)等方法对合成的样品进行了表征,对其可能的形成机制进行探究,通过电化学表征计算出BiOI与MoS_2的价带与导带位置,显示复合材料形成了1型异质结.同时以罗丹明B(RhB)与含Cr6+溶液作为目标污染物测试光催化剂的氧化还原性能,相比于BiOI和MoS_2单体,MoS_2/BiOI复合光催化剂表现出更强的光催化氧化与还原能力,其中以质量分数为2%的MoS_2与BiOI复合光催化剂效果最佳,可见光照20 min后RhB降解率达到98.92%,80 min后Cr6+溶液光催化还原率可达到97.87%,较纯BiOI分别提高了1.79倍与3.85倍,且经过4次重复利用后仍具有较高的光催化活性.光催化降解Rh B过程中空穴(h+)与超氧自由基(·O-2)作为主要活性物种,其中空穴影响更为显著.     

pg-C3N4/BiOBr/Ag复合材料的制备及其光催化降解磺胺甲唑

通过简易的高温煅烧和共沉淀方法成功制备出pg-C₃N₄/BiOBr/Ag复合材料,通过XRD、SEM、TEM、XPS、UV-Vis、BET和光电流等检测手段对其进行表征,并探究了该复合材料在模拟可见光照射下对10 mg·L^-1磺胺甲唑的降解效果.结果表明,当银单质的负载比例为5%时,pg-C₃N₄/BiOBr/Ag复合材料对磺胺甲唑的降解效果最佳.与pg-C₃N₄、BiOBr单体和二元复合材料pg-C₃N₄/BiOBr相比,pg-C₃N₄/BiOBr/Ag（5%）光催化降解磺胺甲唑的效果显著提升,在30 min内降解率几乎接近100%,反应速率常数（0.2101 min^-1）是pg-C₃N₄/BiOBr的13.15倍.通过自由基猝灭实验,证明在光催化降解过程中,起主要作用的活性物质是空穴（h⁺）、超氧自由基（·O₂^-）和单线态氧（¹O₂）,其中,超氧自由基（·O₂^-）贡献最大.对pg-C₃N₄/BiOBr/Ag进行多次循环实验,证明合成的材料具有良好的循环稳定性能,应用前景良好.     

N原子杂化石墨烯高效活化过一硫酸盐降解RBk5染料废水

过硫酸盐高级氧化技术使用过程中,活化剂的大量流失与其环境二次危害是影响该技术应用的主要限制因素.针对这一问题本研究采用改进的Hummers法结合水热法制备环境友好型的N原子掺杂石墨烯作为催化剂,活化过一硫酸盐(PMS)产生硫酸根自由基(SO4-·)和羟基自由基(·OH)降解活性黑5(RBk5)染料.利用傅立叶红外光谱,X-射线光电子能谱,拉曼光谱和透射电子显微镜对N原子掺杂石墨烯进行表征.对催化剂催化性能进行研究,考察了初始p H、催化剂投加量和PMS投加量等因素对降解过程的影响.结果表明,N元素掺杂能够有效提升石墨烯材料的PMS催化活性,且活性受N掺杂比例影响较大;废水的初始p H对降解效率无明显影响.催化剂投加量为1. 5 g·L-1,PMS投加量为0. 3 g·L-1的条件下,反应25min后RBk5染料废水的降解率可达到99%以上,反应过程符合一级反应动力学.自由基猝灭实验显示,N掺杂石墨烯/PMS体系降解RBk5为表面反应,SO4-·和·OH为降解RBk5的主要自由基.循环实验证明催化剂稳定性能良好.     

Mo源改性石墨相氮化碳(g-C3N4)活化过一硫酸盐可见光降解罗丹明B的性能研究

分别以钼酸钠（MA）和乙酰丙酮钼（MC）作为钼（Mo）源,采用热聚合法合成不同类型Mo-C₃N₄材料（MACN和MCCN）,并通过XRD、SEM、XPS、UV-Vis DRS等表征技术探究不同Mo源的引入对g-C₃N₄晶体结构和光学性质的影响.结果表明,Mo的引入增大了g-C₃N₄的晶格间距,以MC为Mo源合成的MCCN催化剂具有更大的比表面积、更宽的可见光响应范围和更低的能带宽度.将所合成的催化剂应用于耦合过一硫酸盐（PMS）可见光催化降解罗丹明B （RhB）研究,发现在催化剂浓度为0.5 g·L^-1、PMS浓度为1 mmol·L^-1、罗丹明B浓度为10 mg·L^-1的条件下,MCCN-4/PMS/Vis催化体系在25 min内对RhB的降解率高达94.1%,分别是MCCN-4/Vis和单独PMS催化体系的5.6和19.2倍,并且RhB光催化降解过程符合一级动力学方程.为进一步探索MCCN/PMS/可见光（Vis）催化体系的最佳工艺条件,系统考察了Mo的掺杂量、催化剂投加量、PMS浓度、污染物浓度、pH值等实际因素对RhB降解效果的影响.同时,循环实验表明,MCCN-4复合催化剂具有良好的稳定性和可重复性,3次循环之后仍保持89.1%的RhB降解率.此外,捕获实验和电子自旋共振测试（ESR）结果表明,在MCCN/PMS/Vis催化体系下,光生空穴（h⁺）和超氧自由基（·O₂^-）作为主要活性物种参与了RhB的降解.     

Ag改性石墨相氮化碳(g-C3N4)可见光辅助活化过一硫酸盐降解罗丹明B

采用煅烧法和光还原法制备出具有高活性的Ag/g-C₃N₄催化剂,并将其应用于可见光下活化过一硫酸盐（PMS）降解罗丹明B（RhB）废水.系统研究了实际因素RhB浓度、催化剂投加量、PMS剂量、pH值和可溶性无机阴离子对RhB降解效果的影响.结果表明,RhB的降解率随着催化剂投加量、PMS浓度的增加而增大,随着初始RhB浓度的增加而减小.弱酸性条件有利于反应活化PMS降解RhB,而中性或碱性条件都会减缓催化反应的进行.Ag/g-C₃N₄-2/Vis/PMS催化体系30 min内对RhB的去除率最高可达93.2%,分别是Ag/g-C₃N₄/Vis和单独PMS催化体系的4.0和3.7倍.体系催化活性的提高归因于Ag的表面等离子共振效应及基于硫酸根自由基的高级氧化技术与光催化技术的协同作用.不同阴离子对催化反应的影响不同,溶液中的Cl^-会对反应产生轻微的抑制作用,而H₂PO₄^-和HCO₃^-的出现大大抑制了催化性能.催化剂具有良好的稳定性,5次循环后仍能在30 min之内降解77.4%的RhB.此外,捕获实验和ESR测试结果表明,Ag/g-C₃N₄-2/Vis/PMS催化体系中存在·O₂^-、h⁺、¹O₂、SO₄^-·和·OH活性物种,并协同降解RhB污染物.     

磁微球负载硝基锌卟啉光催化剂的制备及催化性能研究

以氯化血红素为原料,制备了磁负载的硝基锌卟啉光催化剂.同时,利用热重分析仪(TG)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和振动磁强计(VSM)对催化剂进行了表征,发现制备的催化剂负载率为32.06%,催化剂为粒径均一的球形壳-核结构,具有良好的磁性.其次,研究了催化剂的催化降解性能.结果表明,磁负载硝基锌卟啉光催化剂在可见光下,对水中的双酚A(BPA)、对硝基苯酚(PNP)等均有90%以上的去除率;对于活性红染料废水的降解也取得了83.67%的降解率.自由基捕获实验证明,电子(e-)、羟基自由基(·OH)、空穴(h+)和氧自由基(O-·2)是降解反应中重要的活性物种.最后通过GC-MS等手段对降解机理进行了研究.     

BiOCl/TiO2的氯化改性及其新式光生自由基催化反应

采用溶胶凝胶法制备了BiOCl/TiO₂复合催化剂,透射电镜（TEM）照片显示,两种半导体分布均匀、相互连接,形成的异质结可以为电子传导提供有效通道.经过氯化处理的复合材料具备更强的光催化能力,在紫外光条件下对苯的降解率达到90%,是原BiOCl/TiO₂的2倍、纯TiO₂的10倍.本文利用X射线光电子能谱、红外光谱和电子顺磁共振,对表面氯化的机理进行研究.结果表明,氯元素以Ti—Cl的方式吸附在催化剂表面,在光照条件下光生空穴夺取一个电子,使其生成氯自由基,进而配合超氧、羟基,构成一种新型的三自由基光催化体系,使催化降解能力大幅提升.最后,利用实验方法得到了光生氯自由基的直接证据,并构建了该体系的光催化反应机理.     

CH3O·引发的溴酸盐还原机制探究

针对溴酸盐(BrO-3)污染,本研究以三聚氰胺为前驱体制备石墨相氮化碳(g-C3N4)为自由基诱导催化材料.通过XRD、TEM、UV/Vis-DRS对其物相组成和光催化性能进行表征发现,制备的层状g-C3N4有稳定片层结构及可见光响应的禁带宽度(~2.70 e V).可见光照射下,g-C3N4表面产生的光生载流子不能直接还原溴酸盐.然而,若有有机小分子(如甲醇)存在,光催化还原效率迅速增大.通过原位电子顺磁共振谱(EPR)及对材料表面的光电化学测试分析,我们探索了该体系的光催化还原Br O-3的机制.结果表明,g-C3N4带隙较窄其空穴氧化能力较弱,在光催化过程中空穴只能将甲醇分子转化为CH3O·自由基,因而甲醇分子的存在提升了光生载流子的分离效率,加剧了自由基的累积.该自由基具有较高的还原活性,可迅速将水相中的溴酸根还原至溴离子.