MWCNTs预涂覆及预吸附处理缓解低压膜腐殖酸污染的机制研究

以腐殖酸(Humic Acid,HA)为研究对象,采用多壁碳纳米管(Multiwalled Carbon Nanotubes,MWCNTs)对聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)平板超滤膜进行预涂覆改性处理,并与等量MWCNTs分散状态时吸附处理HA对膜污染的缓解效果进行了对比,考察了MWCNTs在处理HA过程中缓解膜污染的机制.同时,分析了MWCNTs投量和溶液离子变化对MWCNTs吸附及截留作用缓解膜污染的影响.结果表明,MWCNTs预涂覆与吸附相比,能够更有效地缓解膜污染,其中,分散剂为乙醇的MWCNTs预涂覆层对膜污染的缓解效果最好.增加MWCNTs投量不能无限地提高其对HA的吸附及截留效果;添加Na~+会造成MWCNTs对HA的吸附及截留效果变差;添加Ca~(2+)能够提高MWCNTs对HA的吸附及截留效果.膜表面污染照片及膜电镜观测结果表明,乙醇分散MWCNTs在超滤膜(UF)表面形成的预涂覆层呈均匀的层状结构,HA被拦截在MWCNTs层的多孔结构内,不易进入PVDF膜膜孔,反洗时易脱附,可逆性高;纯水分散MWCNTs在超滤膜表面形成的预涂覆层易于团聚,HA容易透过MWCNTs涂覆层进而堵塞PVDF膜膜孔,可逆性低;MWCNTs预吸附处理后形成MWCNTs和HA的包裹体,不经微滤膜滤除,会在PVDF膜表面产生复合污染.     

粘胶基活性炭纤维湿氧化改性对甲苯吸附性能的影响

为了研究粘胶基活性炭纤维(ACFs)湿氧化改性对甲苯吸附性能的影响,采用实验室模拟的方法,研究了H₂O₂湿氧化改性ACFs结构性质和表面化学性质对甲苯吸附性能的影响.结果表明:相比原样,改性ACFs的微孔孔容和表面积等结构参数均有所增大,从而有利于吸附甲苯.不同浓度的改性ACFs样品具有相似的结构性质和不同的表面化学性质;随着H₂O₂浸渍浓度的提高,ACFs表面CO型含氧基团含量递减且有利于吸附甲苯;CO₂型含氧基团含量递增且不利于吸附甲苯;整体上,ACFs表面含氧基团(包括CO型和CO₂型基团)总量的增多不利于甲苯吸附.ACFs与甲苯分子之间π-π色散力作用是影响湿氧化改性后ACFs对甲苯吸附性能的关键因素.      

MWCNTs改性凹凸棒土对水中Cr(VI)的吸附研究

采用羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs)对廉价的凹凸棒土(APT)进行了接枝改性,并通过XRD、FT-IR和FE-SEM等手段对样品进行了表征.结果表明:羧基化多壁碳纳米管与APT反应复合可成功合成出MWCNTs/APT复合材料.该复合材料对水中Cr(Ⅵ)的等温吸附实验结果表明,在293.15K,pH=2,t=12h时,其最大吸附量为14.9mg/g.Cr(Ⅵ)在MWCNTs/APT复合材料上的吸附过程可用准一级动力学方程描述;其吸附平衡数据符合Langmuir等温吸附模型;ΔG~o为负值、ΔS~o和ΔH~o为正值表明该吸附过程为自发的、熵增加的吸热过程.与纯的APT和MWCNTs相比,APT经过MWCNTs改性可有效地提高对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能.     

碱铜联合改性珠状活性炭及其对甲苯的吸附机理

为了提高活性炭吸附材料对非极性污染物的吸附性能,采用碱[（NaOH溶液）联合铜（Cu（CH₃COO）₂溶液]对珠状活性炭（beaded active carbon,BAC）进行改性,利用BET、SEM、Boehm滴定和FT-IR对改性前后的活性炭进行表征,并采用动态吸附法和Yoon-Nelson吸附理论模型研究了不同改性方法对活性炭吸附甲苯穿透曲线、饱和吸附量的影响及吸附机理.结果表明:改性后BAC表面不规则的孔隙增多,比表面积和微孔容积减少,平均孔径变化不显著,表面Cu含量明显升高;不同浓度碱铜联合改性后BAC对甲苯的吸附性能均提高,当NaOH溶液浓度为8 mol/L、Cu（CH₃COO）₂溶液质量分数为0.5%时,联合改性效果最好,此时改性后BAC对甲苯的饱和吸附量较改性前增加了50.9%,吸附穿透时间延长了342.9%,吸附平衡时间延长了77.4%.研究显示:较高浓度的碱联合较低浓度的铜溶液对活性炭改性,能显著提高吸附甲苯性能;改性后BAC对甲苯的吸附性能受自身孔隙结构和表面官能团的共同影响,且表面酸性官能团影响显著,表面金属铜与甲苯的结合作用是主要的吸附过程.      

TiO_2/MWCNTs光催化氧化法深度处理焦化废水生化尾水

文章采用简单的溶胶凝胶-物理负载法制备了TiO_2/MWCNTs复合光催化剂,利用傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射和紫外-可见漫反射光谱等表征方法对TiO_2/MWCNTs的物理化学性质进行了表征,并将其应用于H_2O_2协同光催化氧化法深度处理焦化废水生化尾水中。结果表明,TiO_2主要为锐钛矿相,MWCNTs掺杂后降低了TiO_2的禁带宽度。MWCNTs掺杂量（MWCNTs/TiO_2质量比）为0.50%时,TiO_2/MWCNTs的光催化活性最高,H_2O_2的加入显著提高了光催化氧化效率。TiO_2/MWCNTs投加量为1.0g/L,H_2O_2的投加量为1.5mL/L,废水初始pH值为3,反应时间为150min时,焦化废水生化尾水的COD、UV_(254)、色度、TOC的去除率分别为65.22%、88.71%、89.74%和46.56%。自由基捕获实验表明,·O_2^-是光催化氧化过程中最主要的活性组分。TiO_2/MWCNTs经5次重复使用后,对焦化废水生化尾水COD和UV_(254)的降解效率仍然可以达到67.49%和83.83%,表明催化剂稳定性良好。     

TiO2柱撑膨润土光催化气相甲苯的活性研究:湿度对活性的影响与催化剂结构的关系

采用溶胶法合成TiO2柱撑膨润土复合光催化剂.N2吸附.脱附(BET)结果表明,573、673、773 K热处理后的催化剂,比表面积分别为140.15、110.13、88.38 m2/g.在气相光催化甲苯的连续系统中,研究湿度对催化剂活性的影响.结果表明,在研究范围内,水分子与甲苯在催化剂表面发生竞争吸附,导致光催化活性随着湿度的增加而降低.光催化反应符合L-H模型.573、673、773 K热处理后的催化剂,对水蒸气的吸附常数分别为2.8×10-5、4.1×10-5、1.8×10-4m3·mg-1.573 K热处理后的催化剂,在较低湿度条件下其催化活性不及673 K、773 K热处理后的催化剂,在高湿度下其活性却最佳,即它抗湿度影响的能力最强.采用热解析法测得了催化剂对甲苯的吸附性,当相对湿度从25%增至75%时,573、673、773 K热处理后的催化剂对甲苯的吸附量分别从184.8、130.5、77.6 μg/g降到3.25、1.92、1.65μg/g.随着比表面积的增加,催化剂对污染物的吸附性能增加.因而相应的表观水蒸气吸附常数减少,抗湿度影响的能力增强.实验结果表明在Ti02柱撑膨润土光催化气态污染物的实际应用过程中,要考虑环境湿度和催化剂结构,选择环境湿度下催化性能最佳的催化剂.     

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。     

吸附存储-间歇放电法氧化甲苯的反应过程研究

以SBA-15为催化剂,对比连续降解法和吸附存储-间歇放电法净化低浓度甲苯的活性,结果表明吸附存储-间歇放电法下甲苯去除率、碳平衡和CO2选择性更高.运用GC-MS分析了2种降解方式催化剂表面中间产物随时间的变化,苯甲醛进一步氧化分解进而打开苯环,是等离子体催化降解甲苯的控制步骤.对比SBA-15、Mn/SBA-15、Ag/SBA-15、AgMn/SBA-15 4种催化剂在吸附存储-间歇放电法下降解甲苯的活性.结果显示Ag和Mn的引入加速了对2-庚烯醇的氧化催化,AgMn/SBA-15表现出最好的碳平衡、CO2选择性.     

复合有机污染物在含水层介质表面的吸附性能

为明确氯代烃芳香烃类复合污染物在含水层介质上的吸附特性,选取甲苯、苯、1,2-二氯丙烷,1,2,3-三氯丙烷（TCP）作为典型污染物开展吸附试验,结果表明吸附过程符合Henry线性模型,分配系数K_p值分别为0.38,0.41,0.73,1.00kg/L,污染物在细砂上的吸附强度顺序为甲苯>苯> 1,2-二氯丙烷> TCP;竞争吸附试验结果表明,苯可以明显促进甲苯在细砂介质上的吸附,而甲苯抑制了苯的吸附;1,2-二氯丙烷抑制TCP在细砂介质上的吸附,而TCP对1,2-二氯丙烷的吸附影响并不明显.TCP在含水层介质上的吸附量随甲苯浓度增加而增大;当甲苯初始浓度<2mg/L时,TCP对于甲苯在含水层介质上的吸附起促进作用,当甲苯的初始浓度³2mg/L时,TCP对于其在含水层介质上的吸附起抑制作用.     

等离子体催化降解甲苯途径的原位红外研究

考察了在常温常压条件下,等离子体分别协同SiO₂、Al₂O₃、NiO/Al₂O₃降解甲苯的性能,并从材料的介电常数、对甲苯的吸附性及臭氧分解能力等角度分析了不同活性表现的原因,同时,采用原位红外技术研究了甲苯降解过程中催化剂表面吸附物种的变化.结果表明,当甲苯浓度为100 ppm,气体流量为100 mL·min^-1时,一定范围内,甲苯降解率随着能量密度、介电常数、吸附性及臭氧分解能力的提高而提高.甲苯在催化剂表面的吸附对其降解途径有十分重要的影响:在放电区域中加入SiO₂,甲苯仍然在气相中完成降解;而存在Al₂O₃ 及NiO/Al₂O₃时,甲苯氧化成苯甲酸的过程主要发生在催化剂表面,是甲苯催化降解的关键步骤,苯甲酸在活性位点的积累将降低催化剂的反应活性.     

Solar photocatalytic decomposition of two azo dyes on multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs)/TiO2 composites

Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs)/TiO₂ composite photocatalysts with high photoactivity were prepared by sol-gel process and further characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared (FT-IR), and UV-vis absorption spectra. Compared to pure TiO₂, the combination of MWCNTs with titania could cause a significant absorption shift toward the visible region. The photocatalytic performances of the MWCNTs/TiO₂ composite catalysts were evaluated for the decomposition of Reactive light yellow K-6G (K-6G) and Mordant black 7 (MB 7) azo dyes solution under solar light irradiation. The results showed that the addition of MWCNTs enhanced the adsorption and photocatalytic activity of TiO₂ for the degradation of azo dyes K-6G and MB 7. The effect of MWCNTs content, catalyst dosage, pH, and initial dye concentration were examined as operational parameters. The kinetics of photocatalytic degradation of two dyes was found to follow a pseudo-first-order rate law. The photocatalyst was used for seven cycles with photocatalytic degradation efficiency still higher than 98%. A plausible mechanism is also proposed and discussed on the basis of experimental results.     

聚苯胺/TiO2-SiO2复合催化剂去除空气中甲醛的研究

为提高空气净化效果,研究了聚苯胺(PANi)/TiO2-SiO2复合催化剂对甲醛的吸附和协同光催化作用.考察了TiO2-SiO2涂敷层数、PANi浓度和不同酸(有机酸、盐酸)掺杂对紫外光催化氧化甲醛的影响,以及PANi/TiO2-SiO2在可见光下去除甲醛的效果.结果表明,复合聚苯胺的存在使吸光范围拓展到可见光区,提高了对甲醛的吸附.涂敷3层TiO2-SiO2、吸附浓度0.26g/L的PANi溶液所得复合催化剂紫外光催化效果最好,与没有PANi的催化剂相比,使甲醛去除率提高2倍.有机酸掺杂比无机酸掺杂的PANi复合催化剂紫外光催化甲醛的初期反应快,但最终甲醛的去除率相同.PANi/TiO2-SiO2具有显著的可见光催化氧化去除甲醛的活性,对低浓度甲醛氧化去除速率更快.     

Si掺杂TiO2纳米管阵列制备、表征及其光催化氧化降解室内典型VOCs

以Na2SiF6/HF为电解液,采用阳极氧化法一步制备了Si掺杂的TiO2纳米管阵列光催化剂,通过SEM、XRD、DRS和EDX等表征手段对制备的催化剂进行了表征,并以甲苯为降解目标物,考察了Si掺杂的TiO2纳米管阵列光催化剂的活性以及各种反应参数对活性的影响.结果表明,TiO2纳米管阵列以锐钛矿和金红石2种晶形存在,Si高分散于TiO2纳米管的管壁上.Si的掺杂提高了TiO2对紫外光的吸收,其禁带宽度与TiO2相比发生了蓝移.Si掺杂的TiO2纳米管阵列具有较大比表面积.当以电解液中Na2SiF6浓度为0.03 mol·L-1,在400℃焙烧1 h制备的Si掺杂的TiO2纳米管阵列为光催化剂时,甲苯的降解率最高,降解率达到60%,与纯TiO2纳米管阵列相比,催化活性提了1倍.     

活性炭负载纳米TiO2对腐殖酸光催化降解动力学

采用溶胶-凝胶法制备了以颗粒活性炭(GAC)为载体的纳米TiO2/AC复合催化剂,并将其用于腐殖酸的光催化降解.动力学研究表明,TiO2/AC光催化降解腐殖酸过程可用Langmuir-Hinshelwood(L-H)动力学模式表示.L-H表观反应速率常数KLH=0.1124mg·L-·1min-1,吸附平衡常数K*=0.3402L·mg-1.活性炭负载TiO2对腐殖酸的光催化降解过程,体现了活性炭与TiO2的协同作用,活性炭的吸附作用提高了光催化反应速率.     

Detection of intermediates in the TiO2-assisted photodegradation of Rhodamine B under visible light irradiation

The photocatalytic degradation of dye Rhodamine B （RhB） in the presence of TiO2 nanostdpe or P25 under visible light irradiation was investigated. The degradation intermediates were identified using Infrared spectra （IR spectra）, ^1H nuclear magnetic resonance （^1HNMR） spectra, and gas chromatography-mass spectroscopy （GC-MS）. The IR and the ^1HNMR results showed that the large conjugated chromophore structure of RhB was efficiently destroyed under visible light irradiation in both the photocatalytic systems （TiO2 nanostfipe or P25 and Rhodamine B systems）. GC-MS results showed that the main identified intermediates were ethanediotic acid, 1,2-benzenedicarboxylic acid, 4-hydroxy benzoic acid and benzoic acid, which were almost the same in the TiO2 nanostdpes and P25 systems. This work provides a good insight into the reaction pathway（s） for the TiO2-assisted photocatalytic degradation of dye pollutants under visible light irradiation.     

P123对rGO/m-TiO2薄膜微观结构及光催化性能的影响

以自制氧化石墨烯（GO）分散液和加入一定量三嵌段共聚物PEO₂₀-PPO₇₀-PEO₂₀（P123）模板剂的TiO₂前驱体溶胶为原料,用交替浸渍-提拉结合热处理和紫外灯辐照还原法在玻璃基底上制备还原氧化石墨烯/介孔TiO₂（rGO/m-TiO₂）多层膜.通过X-射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、扫描电子显微镜（SEM）、比表面积（BET）对多层膜进行表征分析.研究了模板剂P123加入量对多层膜的晶体结构、比表面积、形貌、孔径分布情况、吸附性能、光催化性能的影响.分别在紫外光及太阳光下评价rGO/m-TiO₂多层膜对土霉素（OTC）的光催化降解效果;在紫外光条件下,研究了多层膜对OTC的光催化降解机理.结果表明：P123的引入不会引起TiO₂晶体结构的变化;适量P123的引入可以优化多层膜的孔结构,增大比表面积、提高其吸附性能,进而提高薄膜的光催化性能;rGO/TiO₂（5wt% P123）薄膜60min对OTC的吸附率达51.2%,紫外光照射135min,降解率达到90.9%;太阳光照射50min,降解率达到91.5%.在降解OTC过程中,羟基自由基（·OH）起主要作用,路径以与·OH相关的羟基化反应和仲羟基氧化反应为主.     

Ag/TiO2对几种难降解有机污染物的光催化降解

采用光化学还原法制得的Ag/TiO2 (1 .0 % )为光催化剂对三种典型难生物降解有机污染物磺基水杨酸、H酸、苯酚湿式催化氧化出水进行光催化降解 ,研究光催化体系在难生物降解有机污染深度净化中的应用。结果表明 ,对于三种模型污染体系 ,Ag/TiO2 均表现出较TiO2 高的光催化活性 ,但对苯酚湿式催化氧化出水的COD去除效率较低     

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     

空心玻璃微球附载TiO2清除水面漂浮的油层

以空心玻璃微球为载体，采用浸涂法制备出ＴｉＯ２／ｂｅａｄｓ光催化剂．研究了利用ＴｉＯ２／ｂｅａｄｓ光催化剂降解水面漂浮的正十二烷及甲苯的可行性．结果表明，３７５Ｗ中压汞灯照射１２０ｍｉｎ，正十二烷的光催化去除率达９３．５％，光照８０ｍｉｎ时甲苯被完全光催化去除；通入空气有利于正二十烷及甲苯的光催化去除，外加微量的Ｈ２Ｏ２（５．０ｍｍｏｌ／Ｌ）可大大提高光催化去除率，向反应液中加入少量Ｎａ＋对正十二烷及甲苯的光催化去除率无明显的影响．