响应面法优化TiO2纳米管光电极制备及光电催化性能研究

为了探究采用阳极氧化法制备的TiO₂-NTs（TiO₂纳米管）光电极的光电催化性能,以单因素法考察了φ（H₂O）、w（氟化铵）、氧化温度和氧化时间4个因素对其光电催化性能的影响,并采用Box-Behnken模型的PSM（响应面法）对TiO₂-NTs的制备条件进行优化,进一步通过SEM（扫描电子显微镜）、XRD（X射线衍射）对TiO₂-NTs进行表征,研究了其在紫外光下对亚甲基蓝的光电催化效果.结果表明:①应用Box-Behnken模型可知,TiO₂-NTs最佳制备条件为φ（H₂O）43%、w（氟化铵）0.5%、氧化温度38℃、氧化时间1.72 h.此条件下制备的TiO₂纳米管光电极2 h处理亚甲基蓝的降解效率预测值为73.53%,对其光电催化能力进行验证,实际处理效率为73.2%,误差率仅为0.4%.②φ（H₂O）和w（氟化铵）对TiO₂-NTs光电极催化活性有显著影响.③SEM、XRD分析显示,TiO₂具有管状结构且分布均匀,经测量纳米管管径约为61.30~118.00 nm,平均值为83.99 nm,管壁为19.08 nm,同时部分锐钛矿相转变成金红石相.研究显示,TiO₂-NTs对亚甲基蓝有良好的光电催化效果.      

Preparation of TiO2/Ti mesh photoelectrode and properties

An innovative photoelectrode,TiO2/Ti mesh electrode,was prepared by anodisation.In anodisation,0.5 mol/L H2SO4 was used as electrolytic solution,the current had been constantly 1A from the beginning of the oxidation until reaching a designed voltage.Results showed that the photocatalytic activity of electrode was better when the designed voltage was 160 V.The morphology and the crystalline texture of the TiO2 film on mesh electrode were examined by scanning electronic microseopy and Raman spectruscopy respectively.The examination results indicated that the structure and properties of the film depended on anodisation rate,and the anatase was the dominant component under the eontrolled experimental conditions.Degradation of Rhodamine B in photocatalytic (PC)and photoelectrocatalytic(PEC) reaction was investigated.     

利用碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列实现同时降解甲基橙和产氢

本研究结合阳极氧化和超声辅助沉积的方法合成碳氮共掺杂的二氧化钛纳米管阵列,并采用XRD、FESEM、UV-vis、XPS等技术对材料进行表征.光电化学(PEC)体系中,碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列作为阳极,甲基橙溶液作为光电催化氧化的对象,对光催化剂的氧化性能进行了考察,与此同时,在阴极实现光解水产氢,最终在PEC体系中实现同时降解甲基橙和产氢.XRD、FESEM、UV-vis、XPS及TEM等表征结果表明,碳氮成功地掺入到了二氧化钛纳米管阵列中,并未破坏其多孔有序的结构,而且比二氧化钛纳米管阵列具有更高的光催化活性.光电催化降解甲基橙的实验当中,在酸性溶液条件下,二氧化钛纳米管阵列的催化氧化效率较高,降解效率达到了100%,其速率常数为2.3×10-3s-1(p H=4),同时也具有较高的产氢速率(0.95 mmol·h-1),因此,该实验体系在光电催化降解污水中的有机污染物同时产氢方面有应用前景.     

Bi_2MoO_6薄膜电极光电催化氧化处理氰化物的研究

本文采用非晶态配合物法及浸渍提拉法在导电玻璃基底上制备了Bi2MoO6薄膜电极,采用此电极在可见光(λ420 nm)照射下进行了光电催化氧化处理氰化物的研究.通过场发射扫描电子显微镜和X射线衍射对电极的晶体结构进行了表征,发现导电玻璃基底上充分而平均地覆盖着黄色的纳米Bi2MoO6颗粒,形成了γ-Bi2MoO6相.在Bi2MoO6电极处理络合态氰化物Cu(CN)2-3实验中,总氰化物的去除率和Cu的回收率大致是随着电压的升高而增大,当电压为2.0 V,反应时间为120 min时,处理效果最好,剩余总氰化物和Cu的含量分别为30%和35%.破络合后的Cu2+一部分以Cu(Ⅱ)形式沉积在阳极上,一部分转化为Cu单质沉积在阴极上.在Bi2MoO6电极处理自由态氰化物NaCN实验中,总氰化物的去除率大致也是随着电压的升高而增大,当电压为2.0 V,反应时间为120 min时,剩余总氰化物含量为5%.     

光电催化氧化体系降解苯胺类污染物的同步耦合反应机制研究

以3,4-二甲基苯胺(3,4-dimethylaniline,3,4-DMA)为苯胺类污染物的代表,通过降解贡献度分析、不同影响因素下动力学公式的建立及中间产物分析来探究其在高盐光电催化氧化体系下的同步耦合反应机制.结果表明,氯类活性物质与羟基自由基对3,4-DMA 10 min降解的贡献率分别为87.55%和7.9%,UV直接氧化、阳极直接氧化、光生空穴直接氧化的作用均可忽略.在不同的初始pH值(A)、初始氯化钠浓度(B)、电流密度(C)、光照强度(D)条件下,光电体系中的光催化与电催化反应均表现出协同效应,且电催化反应占主导.4种影响因素可通过影响氯类活性物质与羟基自由基的产生来对耦合机制产生作用.根据所得动力学公式ln(c_0/c_t)=0.0042A~(-0.2422)B~(0.3378)C~(1.4742)D~(0.2300)t,4种因素对反应体系的作用强弱顺序为:电流密度(C)初始氯化钠浓度(B)初始pH值(A)光照强度(D).基于GC/MS对中间产物的检测结果,提出3,4-DMA的两种可能降解路径:①3,4-DMA依次降解为3,4-二甲基苯酚、邻二甲苯、邻甲基苯甲酸、甲苯、苯甲醛、烷烃类物质、CO_2和H_2O;②3,4-DMA依次降解为含N联苯类物质、脂肪酸类物质、CO_2和H_2O.     

ZnO薄膜光电催化降解乙酰甲胺磷

采用溶胶-凝胶法制备了ZnO薄膜,并通过光电流响应、EIS、SEM、XRD等分析方法对其光电化学性能、表面形貌和结构进行表征.以制备的ZnO薄膜为工作电极对乙酰甲胺磷进行光电催化降解.实验表明,ZnO薄膜电极在UV照射下能够有效地光电催化降解乙酰甲胺磷,加入适量H2O2后具有一定的协同作用.在H2O2浓度为9.908 mmol.L-1,外加电压为1.2 V,支持电解液Na2SO4浓度为0.01 mol.L-1,溶液pH值为5.4的条件下,对0.1 mmol.L-1的乙酰甲胺磷180 min的降解率可达到89.6%.