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.     

MoS2/g-C3N4纳米纤维光催化降解柴油机苯系排放污染物

采用同轴静电纺丝法制备了MoS_2/g-C_3N_4纳米纤维,采用XRD、FTIR、XPS、UV-Vis和Raman等光谱分析技术表征了催化剂相组成和微观形貌,评价了催化剂表面化学形态和吸光特性,探讨了催化剂对甲苯的光催化降解机理,研究了MoS_2含量、光源条件、温度和催化稳定性对降解甲苯的影响规律.结果表明,在MoS_2/g-C_3N_4中掺杂适宜的MoS_2有助于提高催化剂活性,改善催化剂比表面积和孔容积.在可见光条件下,催化剂(10%MoS_2)对甲苯的降解率为90.24%.由汽车尾气中苯系污染物光催化降解应用可知,在柴油机转速为2000 r·min~(-1),油门开度(负荷)分别为25%、50%、75%和100%的条件下,10%MoS_2对苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯和邻二甲苯的平均降解率分别为88.12%、90.03%、86.25%、87.12%、87.07%和87.23%,表明MoS_2/g-C_3N_4纳米纤维具有较强的光催化降解苯系物能力.     

贵金属负载TiO_2光催化降解甲苯研究

采用Degussa P25 TiO2粉末,利用光沉积法制备贵金属负载光催化剂M/TiO2(M分别为Pt、Pd、Ag和Au)。通过气相甲苯光催化降解实验考察M/TiO2的光催化活性。实验结果表明:负载1.0 wt%的Pt、Pd、Ag和Au四种贵金属均可提高TiO2光催化降解甲苯的效率,其中Pt/TiO2的光催化活性最佳。循环伏安法(CV)、塔菲尔(Tafel)和Mott-Schottky电化学测试证明Pt的负载抑制光生电子和空穴的复合,提高载流子浓度,进而增强TiO2光催化活性。     

负载型钒酸铋的制备及其光催化性能研究

以硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)和偏钒酸铵(NH4VO3)为原料,十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)为软模板剂,硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)为Cu源,改性粉煤灰作为载体,通过水热合成法在不同pH值条件下制备负载型钒酸铋(Cu-BiVO4)复合光催化剂,并采用X-射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对催化剂的晶相和表面形貌进行表征,以罗丹明B(RhB)作为目标降解物,研究了所制备的Cu-BiVO4复合光催化剂的可见光催化活性。结果表明:pH值为9的条件下所制备的Cu-BiVO4复合光催化剂为单斜相BiVO4复合材料,具有树枝形貌,其光催化活性最强;加入粉煤灰后,该复合光催化剂的分散性增加,光催化活性增强,对罗丹明B的去除率可达到91.6%。     

MoS_2/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MoS2/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(UV-Vis)、光电子能谱(XPS)等表征手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MoS2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MoS2单体,MoS2/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MoS2与BiOI复合光催化剂效果最佳,可见光照30min后RhB降解率达到98.92%,80min后Cr6+溶液光催化还原率可达到97.87%,较纯BiOI分别提高了1.81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RhB过程中空穴(h+)与超氧自由基(·O2-)作为主要活性物种,其中空穴影响更为显著。     

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.     

BiOCl/MWCNTs复合催化剂对罗丹明B光催化降解研究

以B(iNO3)3.5H2O和NaCl为原料,多壁碳纳米管(MWCNTs)为载体,水解法合成碳纳米管负载氯氧化铋复合型光催化剂(BiOCl/MWCNTs)。通过TEM、XRD、UV-Vis对催化剂的微观形貌、主要成分和光学吸收进行了表征,并以500 W氙灯为可见光光源,研究了其对罗丹明B的光催化降解能力。TEM和XRD结果表明,复合催化剂中BiOCl成块状与MWCNTs结合,粒径小,分散好;UV-Vis则显示,BiOCl/MWCNTs对420⁷80 nm波长段的光的吸收强于BiOCl,有利于可见光催化。光照2.5 h后,BiOCl和BiOCl/MWCNTs对罗丹明B的降解率分别达到78%和96%。BiOCl/MWCNTs对罗丹明B光催化反应符合一级反应动力学特征,速率常数为1.23 h-1,相比BiOCl提高了98.2%。     

多壁碳纳米管的制备与可见光催化性能

采用溶胶-凝胶法,制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)/CdS/TiO2复合半导体光催化剂。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等分析方法对光催化剂进行了结构表征,并考察了在可见光照射条件下MWCNTs/CdS/TiO2对甲基橙(MO)降解的光催化性能。结果表明,MWCNTs/CdS/TiO2能有效降解甲基橙。低浓度MO降解效果比高浓度好,光催化剂投加量为1.2 g/L即可达到较好的催化效果,酸性条件有利于光催化,投加适宜浓度的H2O(2低于10 mmol/L)时会和催化剂产生协同效果,浓度过大,催化效果下降。阴离子对催化效果有抑制作用,其中PO43-的抑制作用最强。所制备的复合催化剂具有较好的实际应用价值。     

Fe_2O_3-TiO_2光催化降解水中酸性橙Ⅱ研究

通过溶胶-凝胶法制备TiO2/Fe2O3复合半导体催化剂,用SEM、X-ray衍射仪对催化剂进行表征,设计了光催化降解反应装置以研究光催化降解水中酸性橙。探讨了Fe2O3-TiO2催化剂对可见光吸收性能,以及降解水中酸性橙Ⅱ的催化性能影响。实验结果表明:Fe2O3修饰的TiO2出现明显的红移,20%wFe2O3修饰的TiO2催化剂催化效率较高;TOC结果表明,低pH值条件有利于酸性橙Ⅱ的矿化。     

CuO/g-C3N4活化过二硫酸盐降解甲基橙

采用水热-煅烧法合成了CuO/g-C₃N₄催化剂,利用X射线衍射仪、扫描电镜、红外吸收光谱和X射线能谱对其基本性能进行表征,进一步研究了不同参数下CuO/g-C₃N₄活化过二硫酸盐(PDS)体系对有机污染物(甲基橙,MO)的去除效果。活化实验结果表明:CuO/g-C₃N₄对活化PDS降解MO具有明显效果。优化实验结果表明:在催化剂的水热时间为8 h,CuO复合比为10%,反应体系中催化剂初始浓度为1.00 g/L,PDS初始浓度为4 mmol/L,pH=3的条件下,30 min内MO的降解率高达99.20%。机理分析表明催化剂表面的硫酸根自由基(SO₄-·)和羟基自由基(·OH)是降解MO的主要活性物质,并且有少量超氧自由基(·O₂-)参与其中。对该催化剂进行5次重复实验后,活化PDS对MO降解率仍保持在90%以上,表明该催化剂有较好的稳定性。     

BiVO4光催化降解废水中高浓度磺胺嘧啶的研究

以五水合硝酸铋与偏钒酸铵为原料,采用水热反应法制备了不同晶体结构的钒酸铋(BiVO 4)光催化剂,分析了该催化剂对废水中高浓度磺胺嘧啶的处理效果。结果显示:BiVO 4光催化剂为单斜白钨矿型和四方锆石型,呈片状结构且颗粒分散性较好;磺胺嘧啶的光催化降解率与BiVO 4投加量、光照强度和反应时间呈正相关性,与磺胺嘧啶的初始浓度呈负相关性,随着BiVO 4合成pH值的增大呈先升高后下降的趋势;采用BiVO 4光催化剂处理磺胺嘧啶的最优条件为磺胺嘧啶初始浓度10 mg/L、合成pH=5,投加量0.25 g/L、10000 lux紫外光照下反应4 h,最优条件下的磺胺嘧啶平均去除率达到90.97%。     

Hydrothermal fabrication and visible-light-driven photocatalytic properties of bismuth vanadate with multiple morphologies and/or porous structures for Methyl Orange degradation

Monoclinic BiVO₄ with multiple morphologies and/or porous structures were fabricated using the hydrothermal strategy. The materials were characterized by means of the XRD, Raman, TGA/DSC, SEM, XPS, and UV-Vis techniques. The photocatalytic activities of the BiVO₄ materials were evaluated for the degradation of Methyl Orange under visible-light irradiation. It is observed that pH value and surfactant exerted a great effect on the morphology and pore structure of the BiVO₄ product. Spherical BiVO₄ with porous structures, flower-cluster-like BiVO₄, and flower-bundle-like BiVO₄ were generated hydrothermally at 100℃ with poly(vinyl pyrrolidone) (PVP) and urea (pH = 2) and at 160℃ with NaHCO₃ (pH = 7 and 8), respectively. The PVP-derived BiVO₄ showed much higher surface areas (5.0-8.4 m²/g) and narrower bandgap energies (2.45-2.49 eV). The best photocatalytic performance of the spherical BiVO₄ material with a surface area of 8.4 m²/g was associated with its higher surface area, narrower bandgap energy, higher surface oxygen vacancy density, and unique porous architecture.     

盐分对粉壤土氮转化的影响

采用室内恒温通气培养法,以北京地区耕作层典型粉壤土为对象,研究盐分对土壤氮素矿化和硝化的影响.实验设置了4个不同盐分〔以ρ（NaCl）计,分别为20,30,50和80 mg/L〕处理和对照处理,并在硝化实验的土壤中加入一定量的（NH₄）₂SO₄,分别在30 ℃恒温培养箱中进行为期105 d（矿化）和49 d（硝化）的培养实验.结果表明:在初期的培养中,低盐分有利于土壤氮素转化,ρ（NaCl）为20 mg/L的处理分别比对照处理的累积矿化量和累积硝化量多18.21%和1.87%;而在长期培养过程中,高盐分不利于土壤氮素转化,且ρ（NaCl）越高抑制越明显,其对土壤氮素矿化和硝化的抑制率达到67.92%和62.58%;土壤矿化势和硝化势随w（NaCl）分别呈指数递减,矿化速率常数和硝化速率常数与土壤中w（NaCl）为二次函数关系.      

MOFs衍生CuO/ZnO催化剂的制备及其光催化性能的研究

利用Cu₃(BTC)₂为材料模板制备金属氧化物CuO,通过光沉积引入Zn2+煅烧合成双金属氧化物催化剂CuO/ZnO,研究了该催化剂在可见光条件下对罗丹明B的光催化降解性能,确定了罗丹明B在降解过程中的主要活性物种,并利用液相原位红外技术探究其降解机理。结果表明:MOFs衍生物CuO/ZnO催化剂具有优良的光催化降解能力,可见光响应150 min后,对10 mg/L罗丹明B的降解率最高达到67.56%以上,其中发挥主要作用的活性物种是超氧自由基·O₂-;经过5次循环实验后降解率仍在50%以上,证明该材料具有较好的可重复利用性。通过液相原位红外光谱检测,分析推断罗丹明B分子在降解过程中存在乙基、羧基和苯环芳香环结构的破坏以及氨基副产物的释放过程。该研究结果可为高效光催化体系的开发及污染物降解机理的研究提供参考。     

Understanding the multifunctionality in Cu-doped BiVO4 semiconductor photocatalyst

A visible light-induced, Cu-doped BiVO_4 photocatalyst was synthesized by a microwave hydrothermal method. The photocatalytic efficiency was investigated in the degradation of model water pollutants like Methylene Blue(dye) and ibuprofen(pharmaceuticals), as well as the inactivation of Escherichia coli(bacteria). The Cu-doped BiVO4 samples showed better efficiency than undoped BiVO_4, and the 1 wt.% Cu-doped BiVO_4 sample showed the best efficiency. The degradation of Methylene Blue reached 95%, while the degradation of ibuprofen reached 75%, and the inactivation of E. coli reached 85% in irradiation with visible light. The appearance of additional absorption band shoulders and widening of the optical absorption in the visible range makes the prepared powder an efficient visible light-driven photocatalyst. Moreover, the formation of an in-gap energy state just above the valance band as determined by density functional theory(DFT) first principle calculation, facilitates the wider optical absorption range of the doped system. Similarly, this in-gap energy state also acts as an electron trap, which is favorable for the efficient separation and photoexcited charge carriers' transfer process. The formation of oxygen vacancies due to doping also improved the separation of the charge carrier, which promoted the trapping of electrons and inhibited electron hole recombination, thus increasing the photocatalytic activity. No decrease in the efficiency of the 1 wt.% Cu-doped BiVO_4 photocatalyst in the degradation of ibuprofen over three consecutive cycles revealed the stability of the photocatalyst towards photocorrosion. These findings highlight the multifunctional applications of Cu-doped BiVO_4 in wastewater containing multiple pollutants.     

水热法制备BiVO4及其可见光催化降解糖蜜酒精废水

以Bi(NO3)3•5H2O为铋源,NH4VO3为钒源,采用简单的水热法制备了BiVO4 光催化剂,并用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(IR)和紫外-可见光漫反射光谱(UV-vis)对产品进行了结构表征。同时,在BiVO4光催化降解糖蜜酒精废水反应中考察了催化剂用量、通氧量、溶液pH值、双氧水用量及光照强度对糖蜜酒精废水脱色率的影响。实验结果表明,水热产品属于单斜晶系BiVO4,其带隙能为2.398 eV,并具有良好的可见光催化活性。当降解经30倍稀释的糖蜜酒精废水,BiVO4添加量为3.0 g•L−1 ,通氧量为120 L•h-1,助氧化剂H2O2添加量为9 %,不改变废水pH值,在400W镝灯离液面11cm照射反应180 min的条件下,糖蜜酒精废水的脱色率为88.60 %,COD去除率为25.84%,而添加5g•L−1的FeSO4•7H2O后其脱色率和COD去除率分别提高到90.90 %和91.26%。单斜晶型BiVO4晶体的可见光催化糖蜜酒精废水过程符合一级动力学反应。     

HAP/UV催化降解活性艳蓝K-3R的研究

用化学沉淀法合成羟基磷灰石(HAP),并用XRD、SEM、FT-IR对其进行分析。以活性艳蓝K-3R为降解底物,研究HAP对其光催化降解性能。探讨了HAP煅烧温度、通气量、投加量、初始浓度等因素对光催化降解活性艳蓝K-3R效果的影响。研究表明化学沉淀法合成的HAP粒度均匀,HAP对活性艳蓝的吸附作用较强,30min之内即能达到吸附平衡,其对初始浓度为100mg/L的活性艳蓝的吸附率可达17.5%。适当的煅烧有利于提高HAP的催化活性,以200℃煅烧2h最佳。在投加量为4g/L,鼓气量为300L/h和pH=6的试验条件下,HAP(200℃)对初始浓度为100mg/L的活性艳蓝K-3R 3h的降解率达68%。降解反应动力学研究表明,HAP/UV光催化降解活性艳蓝K-3R的过程符合Langmuir-Hinshel-wood一级动力学方程,降解速率常数k随着活性艳蓝K-3R浓度的增大而减小。     

CuO/AOCF类Fenton催化剂的制备及光催化性能

以偕胺肟纤维(AOCF)为载体,采用配位-沉淀法研制了一种新型的类Fenton催化剂CuO/AOCF.用SEM、EDS和XRD对CuO/AOCF的表面形貌、晶体结构和表面成分进行分析,结果显示:CuO纳米颗粒均匀分布在AOCF表面.以活性红染料为目标降解物及其去除率为评价指标,考察CuO/AOCF与H_2O_2组成类Fenton催化剂的光催化性能.结果表明:在氙灯光照作用下,0.6 g·L~(-1)CuO/AOCF、2 m L·L~(-1)H_2O_2、反应时间为80 min,活性红溶液几乎完全被降解.对比同质量粉体CuO,CuO/AOCF对光催化性能有着更好的促进作用.CuO/AOCF重复使用5次后降解率仍能大于80%.动力学研究表明,该类Fenton催化降解反应遵循一级反应动力学规律.     

Fabrication and photoelectrocatalytic properties of nanocrystalline monoclinic BiVO4 thin-film electrode

Monoclinic bismuth vanadate(BiVO4) thin film was fabricated on indium-tin oxide glass from an amorphous heteronuclear complex via dip-coating.After annealation at 400,500,and 600°C,the thin films were characterized by X-ray diffraction,field emission scanning electron microscopy,X-ray photoelectron spectroscopy,and UV-Vis spectrophotometry.The BiVO4 particles on the ITO glass surface had a monoclinic structure.The UV-Visible diffuse reflection spectra showed the BiVO4 thin film had photoabsorption propertie...