TiO2/SBA-15介孔复合材料的制备及光催化性能研究

为增大半导体TiO_2的比表面积,进而提升其光催化性能,同时改善其不易回收的缺陷,该研究以价格便宜、来源广泛的钛铁矿为原料,具有高度有序介孔结构的SBA-15分子筛为载体,通过后合成水解法并调控不同的煅烧温度制得TiO_2/SBA-15复合材料,采用X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、比表面分析仪对样品进行表征。此外,在紫外光照射下,以甲基橙为模拟降解物,考察样品煅烧温度、光催化反应温度对催化效率的影响,对比TiO2/SBA-15复合材料与商用P25的催化效果,分析甲基橙溶液的矿化程度及催化剂的稳定性,并结合活性物种捕获实验提出TiO_2/SBA-15光催化降解甲基橙的机制。结果表明:煅烧温度对催化剂的晶型、比表面积和晶粒大小具有显著影响,煅烧温度为550℃时TiO2/SBA-15的比表面积高达386 m2/g,该催化剂在3 h内对甲基橙的降解率为85.1%,溶液矿化率达62.9%。TiO_2/SBA-15和商用P25光催化甲基橙均符合准一级反应,速率常数分别为0.633 1 h~(-1)和0.350 6 h~(-1),TiO_2/SBA-15复合材料有效提高了光催化活性并维持良好的稳定性。在该光催化体系中,h+和·O_2是起主导作用的活性物种,·OH的影响较小。     

两种介孔分子筛动态吸附VOCs的研究

采用模板剂法制备了孔道规整、大比表面积的2种介孔分子筛MCM-41和SBA-15,并以甲苯、二甲苯、三甲苯为吸附对象,考察了介孔分子筛动态吸附VOCs的性能.结果表明,增加VOCs分子尺寸和浓度,降低床层温度可大幅提高介孔分子筛吸附性能.SBA-15由于介孔壁上的微孔结构适合吸附低浓度、小分子VOCs;MCM-41更适合吸附高浓度、大分子VOCs.TPD脱附试验表明,VOCs在介孔材料表面150℃下就能基本脱附完全.     

改性SBA-15对电厂尾气CO_2的吸附性能研究

文章以三嵌段共聚物P123为模板剂、正硅酸乙酯为硅源,水热合成了介孔分子筛SBA-15,以3-丙胺基三乙氧基硅烷(APTES)为氨基化剂,采用浸渍法将其嫁接到SBA-15孔内,形成氨基化的SBA-15用于吸附电厂尾气CO2。通过氮等温吸附-脱附、XRD、TEM等测试技术对其进行了表征,考察了改性前后SBA-15的吸附性能。结果表明:改性前后的SBA-15对电厂尾气中CO2均具有良好的吸附性能,改性的SBA-15比合成的SBA-15吸附性能要好。     

ZnFe2O4/SBA-15制备及光催化降解亚甲基蓝

文章采用浸渍法制备了一系列ZnFe_2O_4/SBA-15纳米复合材料,通过XRD、XPS、N2吸附-脱附、UV-Vis DRS、SEM、TEM等分析方法对制备的材料进行表征。结果表明,复合材料中的SiO2具有介孔结构,ZnFe_2O_4纳米粒聚集在SiO2的外表面或进到孔道中,且仍呈现六方尖晶石结构,UV-Vis DRS表明ZnFe_2O_4/SBA-15纳米复合材料增强了对可见光的吸收,提高了对太阳光利用效率;ZnFe_2O_4/SBA-15对亚甲基蓝染料废水具有良好的吸附性能和光降解性能,且催化剂可通过磁分离技术有效的分离和回收。     

以高岭土为原料合成高稳定性介孔分子筛

以廉价的高岭土和硅酸钠为硅源,用水热法合成了介孔分子筛。采用X射线粉末衍射、Fourier变换红外光谱、热分析、N2物理吸附、扫描电子显微镜和透射电子显微镜埘样品进行了表征,同时研究了样品的热稳定性和水热稳定性。结果表明：长程有序的介孔分子筛平均孔径约为2．75nm：经900℃焙烧3h或100℃水热处理6d,样品的介孔结构不被破坏,说明样品具有高的热稳定性和水热稳定性。     

高分子树脂与介孔分子筛吸附-脱附VOCs性能对比

采用溶剂热法制备介孔聚二乙烯基苯(PDVB)树脂,并以介孔分子筛MCM-41、SBA-15为参照,从吸附-脱附甲苯、邻二甲苯、均三甲苯性能和高湿度下的疏水性能方面对其进行对比研究.结果表明,PDVB具有最大的比表面积1219.1m2/g,其对低浓度甲苯吸附量约为介孔分子筛的2倍,同时吸附性能几乎不受水汽影响.随着VOCs分子尺寸增加,3种吸附剂对VOCs的饱和吸附量均有所增加,但PDVB的穿透吸附量明显高于分子筛.热重分析表明,在200℃以下3种吸附剂上吸附的有机分子均能脱附完全,具有优良的脱附再生性能.     

Fe-SBA-15介孔分子筛在去除北京地下水中硝酸盐氮反应中的脱氮性能研究

采用水热晶化法合成了具有大比表面积的SBA-15介孔分子筛,通过液相还原法,将铁纳米粒子均匀地负嵌在SBA-15载体上,得到了三种Fe负载量不同的Fe-SBA-15介孔分子筛材料。在N_2保护下,研究了三种Fe负载量不同的FeSBA-15在硝酸盐氮质量浓度为20mgML的硝酸盐配水水样中的脱氮性能,发现Fe负载量为10%的Fe-SBA-15(A)的硝酸盐氮去除性能最好,在反应90min后,水样中硝酸盐氮的去除率为98.8%,反应最终产物主要为氨氮。研究了Fe负载量为10%的Fe-SBA-15(A)在硝酸盐氮初始浓度不同的硝酸盐配水水样中的脱氛性能,并初步探讨了其反应机理。此外,研完了Fe-SBA-15(A)介孔分子筛在从北京大兴区和海淀区采集的硝酸盐原水水样中的脱氮性能,可为北京地下水硝酸盐污染修复技术提供基础数据。     

SiO2纳米颗粒内嵌强化介孔TiO2单晶光催化降解盐酸四环素

吸附性能和光生载流子的分离效率是决定光催化降解抗生素的主要因素.为提高介孔TiO_2单晶(MSCs)的吸附性能和光生载流子的分离效率,在MSCs内部构建SiO_2纳米颗粒吸附结构.同时,利用表面光电压谱、氮气等温吸附-脱附、X射线衍射等研究其结构特性.最后,以盐酸四环素为抗生素代表,通过控制SiO_2纳米颗粒比表面积,考察SiO_2对复合材料吸附及光催化性能的影响.结果表明,SiO_2纳米颗粒与TiO_2单晶复合显著提高了材料的吸附性能,表面保护蚀刻进一步提升了材料的比表面积.实验条件下,高比表面积SiO_2-TiO_2单晶复合材料(KSiO_2@TiO_2)对盐酸四环素的平衡吸附量、降解效率、降解速率常数和矿化率分别达到了0.96 mg·g-1、90.2%、0.0079 min-1、54.4%,分别是MSCs的4.4、1.5、2.6和3.1倍.副产物分析表明,SiO_2复合介孔单晶材料更易将盐酸四环素降解为小分子物质.     

纳米TiO_2包覆微米Cr_2O_3粒子的制备及表征研究

目的研究室温条件下纳米TiO_2包覆微米Cr_2O_3粒子的物相、显微组织及其光催化活性。方法采用钛酸丁酯为原料,通过酸催化的胶溶-沉淀法制备纳米TiO_2包覆微米Cr_2O_3复合粒子,利用SEM,XPS,XRD,Raman及紫外-可见漫反射光谱等手段对复合粒子进行表征。结果 XPS分析表明,微米Cr_2O_3粒子的表面存在C,O,Ti,Sn,Cr等元素。场发射扫描电镜观察表明,粒径大小为10~15 nm左右的TiO_2颗粒包覆在Cr_2O_3微粒表面,从而形成纳米/微米复合结构。Raman光谱结果显示,空载实验获得的TiO_2颗粒样品呈现锐钛矿型。UV-Vis光谱分析表明,负载Cr_2O_3微粒后使半导体的吸收峰值明显红移,在370,460,600 nm处出现了3个吸收峰,最大吸收波长达到750 nm左右。结论锐钛矿相TiO_2成功包覆在微米Cr_2O_3粒子表面,扩展了复合半导体的光响应范围,有望实现可见光催化活性。     

负载型铜酞菁的制备及其催化氧化巯基乙醇

以3-(环己氧基)-邻苯二腈和氯化铜为原料,通过钼酸铵固相法合成了一种烷氧基取代的铜酞菁配合物α-四(环己氧基)铜酞菁(CuPc),采用浸渍法将其负载在MCM-41和SBA-15介孔分子筛中,制备了CuPc/MCM-41和CuPc/SBA-15催化剂,并且负载后的酞菁还能回收利用,仍然具有催化效果。采用紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、红外光谱(IR)对目标产物进行表征,并用TG对酞菁进行热稳定性分析,结果表明酞菁在200℃时开始失重,350℃时失重率最大为58%;通过氮气吸附对催化剂进行表征,证明酞菁已经进入到分子筛孔道,孔容积分别从0.132 cm3/g减至0.055 cm3/g和0.420 cm3/g减至0.202 cm3/g。研究了2种催化剂在不同pH、催化剂浓度下对巯基乙醇(ME)催化氧化性能的影响,结果表明,CuPc/SBA-15对巯基乙醇(ME)具有较高的催化活性,且2种催化剂的活性在pH=12时都达到最大。     

Photocatalytic degradation of paraquat using nano-sized Cu-TiO2/SBA-15 under UV and visible light

Photocatalytic degradation of paraquat using mesoporous-assembled Cu-TiO₂/SBA15 under UV and visible light was investigated. The catalyst was synthesized by impregnation of Cu-TiO₂ colloids onto SBA-15. The colloids of Cu-TiO₂ were prepared via sol-gel method while the mesoporous support was prepared using hydrothermal technique. The catalyst was characterized using X-ray diffraction, nitrogen adsorption-desorption, transmission electron microscopy, UV diffuse reflectance spectroscopy, Zeta potential and X-ray adsorption spectroscopy. Results from characterizations showed that Cu doped TiO₂ had a small crystalline size and was well-dispersed on SBA-15. The inclusion of SBA-15 significantly enhanced the photocatalytic activity of the catalyst. Among the three types of undoped catalyst in this study (P25, TiO₂, TiO₂/SBA-15), TiO₂/SBA-15 yielded the highest degradation of paraquat for all pH under UV illumination. Meanwhile 2 wt.% Cu-TiO₂/SBA-15 yielded the highest activity under visible light.     

焙烧条件对热聚合法制备石墨相氮化碳光催化性能的影响及其机理

以三聚氰胺、硝酸为原料,采用热聚合法制备石墨相氮化碳（g-C₃N₄）,研究了不同焙烧温度对石墨相氮化碳光催化性能的影响。利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、紫外-可见漫反射（UV-Vis DRS）以及光致发光光谱（PL）等技术对石墨相氮化碳样品的形貌、化学组成、晶体结构等理化性质进行表征,通过光催化降解实验探究石墨相氮化碳的催化活性。实验结果表明:当焙烧温度为550℃时,制备的石墨相氮化碳样品光催化性能最好。当催化剂投加量为0.04 g时,可见光照射50 min后,对50 mL浓度10 mg/L的罗丹明B（RhB）溶液的降解效率可达到91.7%。适宜的焙烧温度能够使光催化剂的光吸收能力增强,并促进光生电子（e-）和空穴（h+）分离。     

磷掺杂的介孔石墨相氮化碳光催化降解染料

将三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐和SBA-15热共聚成功制备了磷掺杂的介孔石墨类氮化碳（P-mpg-C₃N₄）,并通过场发射扫描电子显微镜（FESEM）、X射线衍射光谱（XRD）、傅里叶转换红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）、场发射扫描透射电镜能谱（EDS）和紫外可见光漫反射光谱（UV-vis-DRS）等方法对催化剂形貌结构和光学性能进行了表征.结果表明,磷元素成功地掺杂在氮化碳的结构上,呈均匀分布,相对于石墨相氮化碳（g-C₃N₄）,其比表面积可达198.3m²/g,并因此提供大量的活性位点而提高光催化活性.P-mpg-C₃N₄对亮丽春红5R的光催化降解速率是g-C₃N₄的31.3倍,其光催化性能增强的机理是禁带宽度的减小,可见光吸收范围从440nm延伸到了460nm,其次,改性后的光催化剂能显著抑制光生电子空穴对的复合,从而有更多的活性点位以及活性物种能参与光催化反应过程.循环实验表明,经过5个循环降解后光催化性能仍保持在初始状态的91.67%,表明P-mpg-C₃N₄具有很好的光催化稳定性.     

CuO-TiO2/导电聚合物纤维复合材料的制备及其光催化性能

利用高压静电纺丝技术,制得含羧基的导电聚合物纤维(聚偏氟乙烯/苯乙烯-马来酸酐共聚物/纳米石墨).水热条件下在纤维表面原位合成了纳米级的TiO2,再通过水热法在TiO2表面制备了微米级的球形CuO颗粒,得到CuO-TiO2/导电聚合物纤维复合材料.运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见吸收光谱仪(UV-Vis)和热失重分析(TGA)对复合材料的结构与性能进行表征,并利用氙灯模拟太阳光进行光催化降解次甲基蓝实验.结果发现,CuO-TiO2/导电聚合物纤维复合材料的降解效率高于CuO-TiO2/非导电聚合物纤维、CuO-TiO2粉体和Degussa P25,光催化降解3.5h时,次甲基蓝的残留率为4.7％.     

Photocatalytic degradation of methyl orange over ITO/CdS/ZnO interface composite films

ITO/CdS/ZnO interface composite films were successfully prepared by subsequent electrodeposition of CdS and ZnO onto indium tin oxide (ITO) glass substrates. The obtained ITO/CdS/ZnO composite films were characterized with X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and UV-Vis spectroscopy. The photocatalytic activity of ITO/CdS/ZnO composite films were investigated using methyl orange (MO) as a model organic compound under UV light irradiation. The influence of operating parameters on MO degradation including initial concentration of MO, pH value of solution, and inorganic anion species over the composite films were examined. A blue shift of absorption threshold was observed for the ITO/CdS/ZnO film in comparison with ITO/ZnO film. ITO/CdS/ZnO composite films prepared under specific conditions showed a higher photocatalytic activity than that of ITO/ZnO films. It was also found that the photocatalytic degradation of MO on the composite filing followed pseudo-first order kinetics.     

RGO改性介孔TiO2薄膜光催化同步去除Ni2+和SDBS

以钛酸四丁酯（TBT）、天然鳞片石墨为原料,聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为介孔模板剂,通过浸渍-提拉法辅助热处理和紫外辐照还原制备介孔RGO-TiO₂薄膜,利用XRD、SEM、BET、UV-Vis DRS、FT-IR等对其结构、形貌及性能进行表征.以Ni²⁺和十二烷基苯磺酸钠（SDBS）为目标污染物,考察了介孔RGO-TiO₂薄膜光催化去除Ni²⁺和SDBS的反应性能,探讨了GO加入量及pH值对其催化性能的影响.在最佳条件下,进一步研究Ni²⁺/SDBS共存体系中Ni²⁺的光催化还原和SDBS的光催化氧化.结果表明：GO的加入量为1.0wt%时,介孔RGO-TiO₂薄膜对单一体系Ni²⁺和SDBS的光催化效率最高,在此条件下,pH=7.5时Ni²⁺还原效率最高,pH=6时SDBS降解效率最高.综合以上实验条件,设定GO加入量为1.0wt%,pH≈6时,Ni²⁺/SDBS共存体系中Ni²⁺和SDBS去除效率均优于Ni²⁺和SDBS单一体系,此时,Ni²⁺还原率为87.9%,SDBS氧化率为95.5%.分析协同光催化机制,TiO₂-SDBS表面复合物在紫外光激发下,SDBS被氧化同时,光生电子及SDBS氧化产物CO₂·^-自由基同步还原Ni²⁺.     

SBA-15介孔分子筛负载金属酞菁催化氧化甲醛

采用浸渍法将钴或铁酞菁组装进有序介孔材料SBA-15中,通过XRD和N₂吸附方法对组装体进行了表征,研究了常温常压下,该组装体催化氧化甲醛的活性.结果表明,组装体具有优良的处理甲醛性能.钴酞菁比铁酞菁组装体的催化氧化活性高;钴和铁酞菁的协同作用使组装体具有更强的催化氧化活性,当二者摩尔比为1:1时,催化氧化活性最高;并借鉴金属酞菁处理有机巯醇的原理探讨了金属酞菁催化氧化甲醛的原理.     

复合材料BiOI/BiOCl的制备及可见光催化降解活性艳红X-3B

以乙二醇为溶剂,利用溶剂热方法制备了不同I/Cl比的BiOI/BiOCl可见光催化材料.同时,采用X射线衍射光谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(DRS)和光致荧光光谱(PL)对所制备材料的晶相、元素价态和光学性质等进行了表征,并以活性艳红X-3B为目标化合物,研究了不同I/Cl比对X-3B光催化降解动力学的影响.分析结果表明,BiOI和BiOCl能够得到很好的复合,在可见光范围内有很好的吸收.降解实验结果表明,I/Cl摩尔比为9∶1时,复合材料对X-3B的可见光降解效率最高,一级反应动力学速率为0.0133 min-1;TOC和COD在3 h内分别降低28%和25%左右,证明能够对所选目标染料在一定程度上实现矿化;在光催化降解活性艳红X-3B过程中起主要作用的为光生空穴.此外,还对复合材料光催化性能提高机理进行了探索与推测.     

介孔氮化碳对水中全氟辛烷磺酸的吸附去除研究

以SBA-15为模板、四氯化碳和乙二胺为前驱体,通过聚合反应制备了介孔氮化碳(Mesoporous Carbon Nitride,MCN).同时,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)和元素分析等手段对MCN进行了表征分析,并考察了MCN对水中全氟辛烷磺酸(PFOS)的吸附性能.结果表明,MCN吸附PFOS的过程符合准二级动力学模型,其吸附行为遵循Langmuir等温线模型;MCN吸附去除PFOS的效率受溶液pH值、溶液温度及共存离子等因素的影响,其中,溶液pH值的影响最为显著,当溶液pH值分别为2.2和10.6时,MCN对PFOS的去除率分别为98.15%和5.59%;吸附PFOS饱和后的MCN可以用0.1 mol·L-1NaOH溶液进行解吸,经5次循环/再生后的MCN对PFOS的去除率仍在95%以上.与介孔碳(CMK-3)和活性炭(AC)相比,MCN对PFOS显示出更优越的吸附能力.