天然麦饭石负载TiO2的光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了二氧化钛负载于天然麦饭石表面热处理后得到复合光催化剂TiO2/麦饭石,并通过N2吸附-脱附、XRD及IR对其进行表征。探讨了以天然麦饭石为载体制备具有较高光催化活性的负载型TiO2/天然麦饭石复合物的各种影响因素:焙烧温度,加投量,pH值等。研究结果表明:200℃焙烧条件下TiO2/麦饭石复合物具有最大的光催化活性,达到了纯TiO2的光催化效果:对罗丹明B脱色率随着光催化剂增多而增大;对罗丹明B在pH值7～9时具有最大的降解率,开拓和优化TiO2光催化效能的新途径。     

TiO2光催化膜反应器的实验研究

采用溶胶-凝胶法,分别在炻器管、不锈钢管和玻璃管内壁负载TiO₂催化剂膜,在连续式光催化膜反应器中研究TiO₂膜光催化降解水中有机物的实际应用性能.结果表明:负载于玻璃表面的TiO₂膜上出现了Na元素的渗透,而在不锈钢表面所形成的TiO₂膜层均匀度较差;利用炻器管负载TiO₂催化降解亚甲基蓝(MB)的速率常数是不锈钢管和玻璃管的2倍;反应过程中鼓气与否所得到的苯酚光催化速率常数分别为0.143和0.103min-1;溶液在管内的流速为1和9 L/min时流体的Re分别为4 000和10 000.      

TiO2/陶粒光催化降解甲基橙研究

采用溶胶-凝胶法制备了以陶粒为载体的新型、高光催化活性的复合光催化剂TiO2/陶粒,使用XRD、TG-DTA、FT-IR进行表征;以甲基橙为目标降解物,考察了焙烧温度、催化剂投加量、初始pH值等因素对甲基橙去除效果的影响。结果表明:甲基橙初始浓度为100 mg/L时,最佳降解条件是pH=3,焙烧温度700℃,催化剂投加量30 g/L。     

TiO2光催化氧化苯酚动力学研究

以中压汞灯为光源,研究了苯酚在ＴｉＯ２水悬浮液中降解动力学,考察了苯酚在起始浓度,气相氧浓度,催化剂投加量（ＴｉＯ２）光强度以及催化剂煅烧温度对苯酚光解速率的影响,揭示了苯酚多相光催化氧化反应的特点,反应过程符合表现一级动力学规律,气相氧的影响为一级,苯酚初始浓度的影响为负一级,在一定光强度下,催化剂的投加量存在一最值值,说明有效光强度,气相氧以及催化剂投加量是光催化氧化反应的关键因素,适当地热处     

纳米TiO2光催化降解海洋石油污染

以紫外灯为光源,考察了自制纳米TiO2在TiO2/H2O2光催化体系中降解海洋石油污染的效率.研究光催化降解催化剂用量、溶液pH值、污染物浓度以及催化时间等因素对光催化降解海洋石油污染的影响。结果表明,纳米TiO2/H2O2光催化体系能有效降解海洋石油污染,且比单独使用纳米TiO2光催化效果好,纳米TiO2光催化/H2O2体系中由于在紫外光的照射下H2O2分解为大量的.OH从而使得降解效率在短时间内大大提高。优化的光催化降解条件为:降解1 L油污染海水的催化剂用量为10 mg、油污染海水的初始浓度为120 mg/L、催化时间为30 min,当pH=6～7时,加入H2O2的体积(质量浓度为60%)为10 mL,油污染海水的降解率可达98.12%。     

纳米TiO2光催化降解海水中的有机物

以无水四氯化钛为原料,采用溶胶-凝胶法制备出纳米TiO2粉末作为光催化剂,在高压汞灯的光源照射下对模拟海水进行了光催化降解。考察了TiO2光催化剂的焙烧温度、用量、反应pH、反应时间等因素对模拟海水COD降解率的影响。研究表明:经460℃焙烧1 h的TiO2光催化效果较好,在海水COD浓度约10 mg/L,溶液的初始pH为6.0、光催化剂用量1.8 g/L、反应时间2.5 h条件下,COD去除率可达99.58%。     

纳米TiO2对气相中甲醛光催化降解的研究

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂金属离子的纳米TiO₂光催化剂,运用透射电镜和X射线衍射手段对催化剂的结构进行了表征,并将制备的光催化剂负载于不锈钢丝网、玻璃弹簧和泡沫镍板3种不同载体上,以室内空气典型污染物甲醛气体为模型反应物,研究了3种不同改性纳米TiO₂光催化剂对甲醛气体的光催化作用,3种光催化反应器的催化效率以及环境因素对光催化效率的影响,同时考察了催化剂的失活特征.结果表明:该负载型纳米TiO₂光催化剂具有较高的光催化活性,其中掺镧1.5%(质量分数)的TiO₂对甲醛的降解率最高,60 min达到91.5%,大于掺铁和掺银;泡沫镍板作为负载载体的光催化效率大于玻璃弹簧和不锈钢丝网;循环风量和不同波长紫外光对该光催化反应影响不大,反应中催化剂存在失活现象,但在清洁后能够恢复.      

玻璃载体TiO2薄层光催化降解久效磷农药

研究了利用TiO₂薄层光催化降解久效磷农药的可行性。结果表明,0.65×10-4mol/L的久效磷经375W中压汞灯照射60min,被完全光催化降解至PO₄3-;加入微量的Fe3++或H2O2可提高久效磷农药的光解率;另外还研究了TiO₂薄层的附着量、反应液初始pH值、空气流量等因素对光催化降解的影响。光照80 h,TiO₂的光催化活性没有减弱,可连续使用。      

在TiO2催化剂上菲的光催化氧化反应研究

选择TiO₂ 粉末催化剂,在发射光谱为254 nm的15 W紫外灯照射下,反应液中Al3+,Fe3+和H2O₂ 浓度增加能提高菲的降解率;TiO₂ 表面载银量的增加能提高降解速度;TiO₂ 投入量在一定范围内随投入量的增加,光催化降解菲的速度也增加,但当投入量较多时又能降低降解速率;在酸性条件下,菲易被光催化降解;菲的起始反应浓度与反应速度成负一级反应动力学关系。      

纳米TiO2光催化降解对甲基苯磺酸的研究

采用TiO2/UV光催化降解法处理对甲基苯磺酸的水溶液,探讨了二氧化钛的投加量、溶液的初始浓度、溶液的pH、紫外光照射时间和强度、常见无机离子等因素对对甲基苯磺酸的降解效率的影响.结果表明,在浓度为0.030 g·L-1对甲基苯磺酸溶液中,光催化剂TiO2最佳投加量为0.10 g·L-1,控制空气分压为5.2kPa,紫外光照射2h,溶液为中性时,对甲基苯磺酸废水降解率达到67.4%.二氧化钛的用量、溶液的pH是影响纳米TiO2光催化降解对甲基苯磺酸的主要因素.在此基础上还考察了无机阳离子和无机阴离子对反应的影响,并取得了满意的效果.     

Pd/TiO2对水体中2,4-二氯酚的催化加氢脱氯研究

分别采用沉淀-沉积法和浸渍法合成了Pd/TiO2催化剂,采用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)对材料进行了表征,并对2,4-二氯酚的催化加氢脱氯反应进行了研究.结果表明,2种方法制备的催化剂在加氢脱氯反应中均具有较好的效果,沉淀-沉积法制备的催化剂活性更高,当反应物初始浓度为3.11 mmol.L-1,pH为12,催化剂用量为50 mg时,45 min内2,4-二氯酚可以完成脱氯过程.酸性条件有利于反应的进行.当催化剂用量在15～80 mg时,反应初活性没有明显变化,因此催化反应过程不受传质阻力的影响.当反应物初始浓度在0.62～3.11 mmol.L-1时反应初活性随浓度的提高显著增加,但进一步增加反应物的浓度时初活性没有明显提高,因此2,4-二氯酚在催化剂上的加氢脱氯行为符合Langmuir-Hinshelwood模型,表明2,4-二氯酚的加氢脱氯受表面吸附所控制.     

硼掺杂CeO2/TiO2光催化剂的制备及其活性研究

在三氯化钛和钛酸丁酯水解过程中引入硼酸、硝酸铈,制备了具有可见光活性的硼(B)掺杂CeO₂/TiO₂复合氧化物光催化剂,采用XRD、DRS、XPS等手段进行表征,以偶氮染料酸性红B为模型污染物评估了催化活性.结果表明,硝酸铈加入量影响催化剂的吸收带边,随用量增加,吸收带边红移至481nm(Ce/Ti=1.0,摩尔比),继续增加用量,吸收带边轻微蓝移.催化剂晶相组成与焙烧温度有关,500℃时焙烧样品主要由立方晶型CeO₂和锐钛矿TiO₂组成,焙烧温度高于700℃时,TiO₂转化为金红石型,CeO₂则无显著变化.随焙烧温度升高,催化剂吸收带边明显蓝移,综合考虑催化剂稳定性和太阳能利用,认为500℃焙烧较为合适.B1s XPS显示仅有少量B原子进入复合氧化物晶格取代了氧原子,主要以B₂O₃形式存在.酸性红B降解试验显示B掺杂CeO₂/TiO₂可以提高TiO₂的催化活性,紫外光辐射10min最高可使96.0%的酸性红B分解,且反应彻底,表现出较强的氧化能力,但Ce/Ti>0.5(摩尔比)时催化活性显著下降.     

Fe2O3/TiO2负载膨胀珍珠岩光催化降解罗丹明B

为获得高效催化活性的光催化材料,研究不同煅烧氛围对材料在可见光下催化性能的影响,以膨胀珍珠岩（EP）为载体,采用溶胶-凝胶法,在不同煅烧氛围（O₂和/或NH₃）下制备Fe₂O₃/TiO₂负载EP的光催化复合材料〔Fe₂O₃-TEP（O₂）、Fe₂O₃-TEP（NH₃）、Fe₂O₃-TEP（O₂,NH₃）、Fe₂O₃-TEP（NH₃,O₂）〕,采用EDS（X-射线色散能谱）、BET（比表面积及孔径分析）、XRD（X射线衍射）、SEM（扫描电子显微镜）、XPS（X射线光电子能谱）等对复合材料进行表征,并研究了其在可见光下对罗丹明B的光催化降解效果.结果表明:①复合材料成功负载了Ti、Fe元素,负载的TiO₂以锐钛矿型存在,Fe₂O₃的掺杂增强了TiO₂对可见光的响应能力;②不同的煅烧氛围明显影响复合材料的晶粒尺寸、比表面积和光催化性能,其中,Fe₂O₃-TEP（O₂,NH₃）的光催化性能最好,4 h后罗丹明B降解率达到87.59%,Fe₂O₃-TEP（NH₃,O₂）、Fe₂O₃-TEP（O₂）和Fe₂O₃-TEP（NH₃）4 h后对罗丹明B的降解率则分别为65.02%、62.48%和47.48%;③在试验条件下,复合材料的光催化反应符合一阶反应动力学方程,Fe₂O₃-TEP（O₂,NH₃）、Fe₂O₃-TEP（NH₃,O₂）、Fe₂O₃-TEP（O₂）和Fe₂O₃-TEP（NH₃）相应的降解速率常数分别为0.008 3、0.004 3、0.004 3和0.002 7 min-1.研究显示,通过溶胶-凝胶法所制备的复合材料（Fe₂O₃-TEP）经煅烧后所得矿相均一;Fe₂O₃掺杂TiO₂可形成Ti—O—Fe键,减小TiO₂固有的禁带宽度;复合材料光催化性能也受到煅烧氛围的影响,先O₂后NH₃煅烧条件下所得材料的光催化性能最佳.      

BiOCl/TiO_2复合材料的可见光活性及机理研究

采用水热法和溶胶凝胶法制备新型BiOCl/TiO2复合材料并明确了最优的掺杂比例(2%).随后利用X射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射(DRS)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对该材料进行表征.由于禁带宽度较大,纯BiOCl和TiO2的可见光催化性能极差,然而二者复合后,同条件下的苯降解率却大幅提升,可以达到40%以上.经证实,催化剂制备过程中,Bi的状态发生变化,在TiO2导、价带之间插入新的能级,使其禁带宽度变窄,电子可以实现可见光跃迁.     

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.     

溴代甲烷在SO42-/TiO2上的光催化降解

采用溶胶-凝胶法制备了SO₄^2-/TiO₂催化剂,运用XRD、BET比表面测定,FTIR等技术对催化剂进行了表征,并在微型常压连续反应装置上进行CH₃Br光催化反应性能考察.结果表明,SO₄^2-引入TiO₂体系使得催化剂的结构和光催化性能得到显著改善.SO₄^2-负载量为9%,烧结温度为450℃时,SO₄^2-/TiO₂催化剂的光催化活性最高;SO₄^2-/TiO₂催化剂对反应物料中的水汽有很好的耐受性;当反应温度低于85℃时,提高反应温度,有利于改善对CH₃Br的光催化反应活性,表观活化能约为19.6kJ·mol^-1,反应温度在85℃～105℃区间时,CH3Br的光催化降解表观活化能为0.     

TiO2光催化联合技术降解苯酚机制及动力学

主要研究了TiO2光催化体系结合H2O2或外加电催化(EC)体系对苯酚催化降解效率的影响,评价比较TiO2/UV、H2O2/UV、TiO2/UV/H2O2、TiO2/UV/EC体系下苯酚降解机制及动力学.结果表明,TiO2/UV/H2O2和TiO2/UV/EC体系下苯酚降解效率明显高于TiO2/UV体系,当苯酚溶液pH值为6,TiO2质量浓度0.2 g·L-1,紫外光照2 h,光催化降解效果达到86%,当电流密度为12 mA·cm-2,则苯酚可达到100%去除.比较了不同催化体系下的能量利用率,苯酚降解15 min,TiO2/UV/EC体系能量利用率最大为0.030 6 g·(kW·h)-1,其能量消耗为0.0640 kW·h-1,说明采用TiO2/UV/EC体系能更多地利用能量降解苯酚.通过不同催化体系下中间产物分析,建立苯酚及其中间产物对苯二酚、邻苯二酚和苯醌的拟一级降解动力学模型,通过模型验证各催化体系下苯酚的降解历程,同时也说明了TiO2/UV/EC体系有利于苯酚及其中间产物的降解.     

二氧化钛光催化氧化阿散酸

阿散酸(p-arsanilic acid,ASA)是一种重要的有机砷化合物,较无机砷更加难以去除,目前关于去除水中ASA研究少有报道.本研究主要评价了TiO_2光催化剂(P25)对ASA的去除效果,考察了P25投量、pH和光照强度对其光催化氧化ASA的影响,探究了ASA光降解产物和主要机制.结果表明,在P25催化作用下,模拟自然光可氧化降解ASA为As(V),最终通过P25对As(V)的吸附作用将水中砷有效去除.当ASA初始浓度为2 mg·L~(-1),P25投量为1 g·L~(-1)时,光催化氧化-吸附0.5 h后,水中剩余砷的浓度约为0.34 mg·L~(-1).酸性条件下ASA的去除率远远高于碱性条件,最佳光照强度为68.5 mW·cm~(-2).P25光催化氧化ASA过程中羟基自由基起到了主要作用.     

基于ZrO2/TiO2催化H2O2氧化低温脱硝的实验研究

以纳米TiO_2为载体,采用等体积浸渍法掺杂过渡金属氧化物ZrO_2进行改性,制备了一系列ZrO_2/TiO_2催化剂,以催化H_2O_2低温氧化NO脱硝,并采用X射线衍射(XRD)、H_2程序升温还原(H_2-TPR)、O_2程序升温氧化(O_2-TPO)、X射线光电子能谱(XPS)及电子顺磁共振(EPR)等表征分析探究了影响H_2O_2脱硝活性的因素.表征结果表明ZrO_2的负载量会影响催化剂中晶格氧的含量,晶格氧相对含量的增加有利于氧化还原反应中的电子传递,这是促进H_2O_2活化分解的关键.在微观表征的基础上,通过实验研究筛选获得了催化剂的最佳ZrO_2负载量,同时对比考察了非催化和纳米TiO_2催化作用下的H_2O_2氧化低温脱硝性能;针对获取的最优催化剂,进一步考察了不同烟气工况对催化剂活性的影响.实验结果表明,ZrO_2/TiO_2催化剂能有效促进H_2O_2的活化分解实现低温脱硝,且ZrO_2负载量为4%(质量分数)时,催化活性最高;在烟温为160℃、[H_2O_2]/[NO]物质的量比为2及空速为30000 h~(-1)时,NO转化率最高可达81%.     

TiO2催化剂薄膜背光催化的研究

利用TiO₂催化剂薄膜进行光催化反应时,根据光照方式的不同可分为正光催化和背光催化.两者相比,背光催化可以避免光在溶液中的衰减而造成的光能损失.本文研究了背光催化时薄膜的厚度,光源波长的选择,及其非均掺杂V对催化效率的影响,同时与正光催化的情况作了比较.结果表明:与正光催化明显不同,背光催化时催化剂薄膜厚度对应于光源波长有一个最佳值,光源波长也只能选择大约在30 0～388nm之间;非均匀掺杂情况与正光催化相同,能提高薄膜的催化效率.