Mn掺杂TiO_2纳米材料的制备及可见光催化降解水中腐殖酸

以钛酸正丁酯为钛源,MnSO_4为锰源,采用溶胶-凝胶法,制备Mn-TiO_2光催化剂。经扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(UV-vis DRS)等手段进行表征,同时通过对水中腐殖酸(HA)的降解实验,探讨不同煅烧温度下制备Mn-TiO_2的可见光催化性能。结果表明,在350~500℃煅烧下制备的Mn-TiO_2均为锐钛矿型,其光响应范围可不同程度拓宽到可见光区;煅烧温度是影响可见光催化活性的重要因素,过高或过低都不利,400℃煅烧制备的Mn-TiO_2催化剂可见光活性最佳;投加此催化剂1 g·L~(-1),对初始浓度5 mg·L~(-1)的HA水溶液可见光反应240min后,降解率达75.1%,且光催化反应过程符合准一级动力学,其表观速率常数为0.006 6 min~(-1)。     

煅烧氛围对N-TiO2可见光催化性能的影响

以钛酸丁酯为钛源,以尿素为氮源,采用溶胶-凝胶法制备TiO_2中间体,分别在空气和氮气氛围下煅烧制得N-TiO_2光催化剂,采用XRD、TEM、BET、UV-vis DRS、FT-IR、EDS和XPS等手段进行表征,以甲基橙溶液为目标污染物考察了其可见光催化性能。结果表明:N-TiO_2(N2)较N-TiO_2(空气)具有晶粒尺寸小、可见光响应性强和有效掺氮量高等优势;可见光持续光照240 min时,N-TiO_2(N2)对甲基橙溶液的光降解率达86.2%,较N-TiO_2(空气)提高近20%;N-TiO_2对MO的可见光降解反应符合假一级动力学方程,且N-TiO_2(N2)的表观速率常数是N-TiO_2(空气)的近5倍。N-TiO_2制备过程中采用N_2氛围下煅烧处理较空气氛围更有利于N元素的有效掺入,相应地,可见光催化活性更高。     

低密度聚乙烯膜负载型Fe/N-TiO_2制备及光催化降解二苯胺

采用溶胶凝胶法研制了Fe、N单独掺杂或Fe、N共同掺杂改性TiO_2催化剂,并用浸渍法负载于低密度聚乙烯(LDPE)膜上,制备出LDPE膜负载型催化剂。利用X射线衍射、X射线能谱、紫外—可见光吸收光谱、扫描电子显微镜对催化剂进行表征分析,并考察了催化剂种类、二苯胺(DPA)初始浓度、pH、曝气等因素对降解DPA的影响。结果表明:LDPE膜负载型Fe/N-TiO_2在可见光区有较强的吸收;负载的Fe/N-TiO_2粒子均匀地分布于LDPE膜表面;在氙灯的可见光照射下,DPA初始质量浓度为20mg/L、曝气量为2L/min、溶液pH为3时,Fe/N-TiO_2光催化反应90min时DPA降解率可达到80.11%。     

UV-TiO_2光催化氧化降解双酚A的动力学研究

采用自制光催化氧化反应器,研究了双酚A(BPA)在纳米TiO_2悬浆体系中的光催化氧化特性.结果表明:(1)UV-TiO_2对水中BPA有较强光催化氧化降解作用.在10 W低压汞灯照射下,当纳米TiO_2用量为1.0 g/L、pH为5.5、BPA初始质量浓度为10 mg/L、曝气量为4.0 mL/min、温度为室温、反应时间为120 min时,BPA去除率可达97.1%.当pH≥9.5时,120 min后BPA已经基本光催化氧化降解完全.(2)BPA的光催化氧化降解曲线均很好地符合一级反应动力学方程.其速率常数与纳米TiO_2用量、pH、BPA初始浓度、曝气量有关;促进·OH和电子-空穴对的生成是提高光催化氧化反应速率的重要途径.     

Fe~(3+)掺杂TiO_2/凹凸棒复合材料的光催化性能

采用酸催化的溶胶-凝胶法制备了一系列Fe3+掺杂TiO2/凹凸棒(Fe3+-TiO2/ATP)复合光催化剂材料。在可见光条件下,以亚甲基蓝(MB)溶液的光催化降解反应,评价了样品的光催化性能,研究了TiO2负载量、Fe3+掺杂量和焙烧温度对复合材料光催化性能的影响。在单因素实验的基础上,采用正交实验设计(L25(53))优化了催化剂的制备条件。光催化实验结果表明,MB在复合材料上的光催化降解反应遵循Langmuir-Hinshelwood(L-H)动力学模型。正交实验结果表明,当TiO2负载量为15%、Fe3+掺杂量为0.5%和焙烧温度为550℃时,得到的复合材料对MB的光催化降解效率最佳,测得表观反应速率常数kapp为6.09×10-3min-1,反应4 h后MB的降解率(Dt)可达75.88%,相同实验条件下与P25(1.51×10-3min-1)相比较,反应速率提高了4.03倍,降解率提高了45.05%。另外,复合材料的沉降性能优于P25,易于分离,是一类有应用前景的复合光催化剂。     

混晶TiO_2微纳米管的制备及其对亚甲基蓝染料的光催化降解性能研究

以偕胺肟纤维为模板纤维,通过优化TiCl4浓度、煅烧温度和煅烧时间制备了混晶TiO_2微纳米管,并考察了其对亚甲基蓝的光催化降解性能。结果表明,制备的混晶TiO_2微纳米管中含有锐钛矿和金红石两种晶相。其最佳制备条件:TiCl4摩尔浓度为0.022mol/L、煅烧温度为600℃、煅烧时间为30min。混晶TiO_2微纳米管对亚甲基蓝具有较好的光催化降解性能,太阳光源下降解5h,降解率可达89.44%。     

天冬氨酸-β-环糊精强化TiO_2-石墨烯光催化降解酸性红R的研究

利用Hummers氧化还原法制备石墨烯(GR),并结合水热法制得TiO_2-GR,研究了天冬氨酸-β-环糊精(ACD)对TiO_2-GR光催化降解酸性红R的影响,同时考察了酸性红R初始浓度、pH和ACD浓度对光催化降解的影响。结果表明,ACD可以强化TiO_2-GR光催化降解酸性红R。pH为5、催化剂用量为1g/L、ACD质量浓度为100mg/L、氮气流量为6L/min时,60mg/L酸性红R经过20min光催化反应,降解率相比无ACD的情况可提高39百分点。酸性红R光催化降解率随酸性红R初始浓度升高而降低,随pH升高而降低。ACD在10~250mg/L时,随着ACD浓度的增加,光催化降解率先升高后逐渐降低。ACD可以加快TiO_2-GR光催化降解酸性红R的反应速率,ACD-TiO_2-GR体系中,酸性红R动力学常数为3.0×10-3 mg/(L·min),是TiO_2-GR体系的1.43倍。     

臭氧光催化降解水中甲醛的研究

研究比较了3种光化学方法对水中低浓度甲醛的降解效果,考察了初始pH值、甲醛浓度和臭氧投加速率等因素对臭氧光催化(TiO_2/UV/O_3)降解甲醛的影响。结果表明,紫外臭氧(UV/O_3)、光催化(TiO_2/UV)和TiO_2/UV/O_3对甲醛的降解均符合表观一级反应动力学,TiO_2/UV/O_3降解甲醛的一级表观速率常数大于TiO_2/UV与UV/O_3之和,说明臭氧、光催化有明显的协同作用。pH值对臭氧光催化降解甲醛的速率几乎没有影响;甲醛初始浓度增加,表观反应速率常数下降,但甲醛的绝对去除量仍随初始浓度的增加而显著增加;臭氧投加速率增加,降解速率增加。甲醛降解的主要中间产物为甲酸,但甲酸在臭氧光催化反应过程中也快速降解而被矿化,说明臭氧光催化是一种能安全有效去除甲醛的方法。     

氮掺杂TiO2可见光光催化剂的制备及性能

以尿素和钛酸丁酯为原料,通过溶胶-凝胶法低温下制备了高可见光催化活性的氮掺杂TiO2(NDT)光催化剂,采用XRD、TEM、BET和UV-Vis DRS等测试手段对其进行了表征,并在自制光催化反应器中降解甲基橙评价了样品的光催化活性。结果表明,当氮与钛的摩尔比为0.5∶1时,350℃焙烧的样品(NDT350)具有最佳的可见光光谱吸收和光催化活性,该催化剂为锐钛矿晶相,平均粒径为21 nm,比表面积为89.13 m2/g。可见光辐照下,NDT350降解甲基橙的表观反应速率常数为1.381×10-2min-1,是商业P25催化剂的16.85倍。NDT350优良的可见光催化活性与其大的比表面积和强烈的可见光光谱吸收有关。     

漂浮型可见光复合光催化剂B-N-TiO_2/EP的制备、表征及其光催化性能

以膨胀珍珠岩为漂浮型载体,采用溶胶凝胶法制备B和N共掺杂的B-N-TiO_2/EP可见光催化材料和单一N掺杂的N-TiO_2/EP可见光催化材料。应用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)光谱、N2吸脱附(BET)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂进行表征。并以可见光为光源,评价了该催化剂催化降解罗丹明B的活性,考察了不同B掺杂量对该催化材料性能的影响。实验结果表明,与N-TiO_2/EP相比,B-N-TiO_2/EP吸收光谱发生了明显的红移,可见光吸收强度更大。B的掺杂可以抑制TiO_2晶型从锐钛矿向金红石的转变。B0.57-N-TiO_2/EP对罗丹明B降解效果最好,可见光条件下反应3 h,罗丹明B去除率高达93%以上,B0.57-N-TiO_2/EP催化材料重复利用4次仍有75%的去除率,显示了较好的稳定性和重复利用性。     

石墨烯/TiO_2复合物的制备及其光催化性能

为拓展二氧化钛(TiO_2)在可见光区的光响应范围,在140℃水热条件下制备了不同氧化石墨烯含量的石墨烯/二氧化钛(RGO/TiO_2)复合材料。利用X-射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等对材料进行了表征。以甲基橙为目标污染物,研究了在模拟太阳光和紫外光照下TiO_2和RGO/TiO_2对甲基橙的光催化降解性能。结果表明,TiO_2和GO复合后,TiO_2由原来单一的金红石型转变为金红石型和锐钛矿型并存,出现了混晶效应;在模拟太阳光的条件下,复合材料的催化活性均高于TiO_2本身;光照4 h后80 mg氧化石墨烯添加量制备的复合材料对甲基橙的光催化降解率达到69.58%,是TiO_2的1.65倍;在紫外光照1.5 h时,复合材料对甲基橙的降解率达到了70%。由此可知,石墨烯的存在能够促进TiO_2半导体中电子和空穴的有效分离,显著提高了TiO_2光催化剂对可见光的响应。     

多孔MoS2/g-C3N4材料对水环境中四环素的降解

通过浸渍-高温煅烧法制备多孔MoS_2/g-C_3N_4光催化剂,采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、N2吸附-解吸、紫外-可见光(UV-vis)漫反射吸收光谱对材料进行表征;并在可见光照射下,对四环素(TC)进行光催化降解。结果表明,催化剂量为2.0 g·L-1、pH为5.0时,对TC的去除效果最好,可见光照射180 min,MoS_2/g-C_3N_4(1.0%-MC)复合材料对TC的降解率可达80.6%。反应完成后,复合材料循环利用5次,其降解效率仍保持在70.0%以上。浸渍-高温煅烧法所制备的MoS_2/g-C_3N_4光催化剂具有良好的应用前景。     

CeO_2-TiO_2/Ti复合膜电极液膜光催化降解染料废水

采用溶胶-凝胶法制备了CeO_2-TiO_2/Ti复合膜电极,以该复合膜电极为阳极、Cu为阴极,组装高效低耗的斜置双极液膜光催化反应装置,以活性艳红X-3B(RBR)为目标污染物,在可见光激发下进行光催化降解,探讨了电极制备条件对CeO_2-TiO_2/Ti复合膜电极光催化性能的影响,考察了不同条件对RBR脱色率的影响,并初步探究了可见光光催化降解RBR的机制。结果表明:(1)最佳制备条件为CeO2、TiO2摩尔比(简写为n(Ce∶Ti))1∶10、煅烧温度400℃。线性伏安曲线和紫外—可见漫反射谱图分析表明,该制备条件下得到的CeO_2-TiO_2/Ti复合膜电极具有较明显的可见光响应。(2)在RBR初始质量浓度为20mg/L、RBR废水循环流量为5.10L/h、初始pH为2.0的最佳条件下,可见光光催化90min时,RBR脱色率可达80.8%。(3)RBR光催化降解过程中的紫外—可见分光光度谱图分析表明,CeO_2-TiO_2/Ti复合膜电极液膜光催化降解RBR主要是使其发色基团即偶氮键断裂,并由苯环生成小分子有机酸等中间产物,而不能使其矿化。     

纳米TiO2光催化氧化去除水中痕量双氯芬酸的研究

以TiCl4为前驱体,采用水解法经不同温度煅烧制备了具有不同理化性能的纳米TiO2光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、物理吸附仪、紫外—可见光漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)等手段对纳米TiO2的晶相结构、粒径、孔径分布以及禁带宽度等进行了表征。以蒸馏水配制的双氯芬酸溶液为目标物,进行了纳米TiO2光催化氧化去除双氯芬酸的活性测试,研究了纳米TiO2的理化性能与光催化氧化活性之间的关系。结果表明,经400℃煅烧制得的纳米TiO2样品具有最高的光催化氧化活性,其在紫外光照射60min下对双氯芬酸的去除率为98%左右,比单独紫外光照射高出85百分点。纳米TiO2光催化氧化去除双氯芬酸的反应近似一级反应动力学模型,其中经400℃煅烧制得的纳米TiO2光催化氧化去除双氯芬酸的表观反应速率常数为0.054 54min-1,是普通商用TiO2的2倍左右,与德国Degussa P-25TiO2的光催化氧化活性最相近。     

可见光响应的碘掺杂TiO2光催化剂的制备及其作用机理

以钛酸四丁酯为前驱物制备了碘掺杂TiO2催化剂(I-TiO2),考察了碘掺杂量、水解水量、水解温度和煅烧温度对催化剂物理化学性质与光催化活性的影响。X射线衍射(XRD)结果显示,I-TiO2由锐钛矿相和金红石相组成。在可见光照射下,通过降解水溶液中的苯酚评价了I-TiO2催化剂的光催化性能。结果表明,在水解温度为20℃,水解水量为300 mL,煅烧温度为400℃,碘钛比(摩尔比)为20%的制备条件下,催化剂显示了最优的光催化活性。通过向反应体系中引入自由基捕获剂及降低溶解氧,证实光催化降解苯酚主要由光生空穴或吸附的羟基自由基引发。     

RuO2/La2O3/TiO2悬浮体系中直接耐晒黑G的光催化降解

钛酸丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶-浸渍法制备RuO2/La2O3/TiO2复合光催化剂,以紫外灯为光源,研究了催化剂组成、煅烧温度、溶液pH值等因素对直接耐晒黑G(DFBG)光催化降解的影响.结果表明掺杂量w(La2O3)1.39%、w(RuO2)0.12%、煅烧温度500℃(2 h)、溶液pH值7.3时,光催化活性最佳.当通气量为200 mL/min,催化剂投加量为150mg时,50 mg/L的DFBG溶液经60 min降解,其降解率近100%.DFBG的光催化降解服从Langmuir-Hinshelwood动力学模型,测得相应的动力学参数k=7.42×10-3mmol/L·min,K=19.54 L/mmol.     

Cu~(2+)-TiO_2/偕胺肟纤维的制备及其光催化降解性能

以偕胺肟纤维为配体和载体,常温下通过"配位-水解"方法,制备Cu~(2+)改性TiO_2/偕胺肟纤维复合材料(Cu~(2+)-TiO_2/AOCF)。采用XRD、SEM和EDS对Cu~(2+)-TiO_2/AOCF晶体结构、形貌和表面成分进行分析表征。结果表明,TiO_2纳米颗粒均匀分布在纤维表面,呈无定型态。以光催化降解活性黄染料的降解率为指标,优化了制备工艺条件,结果显示,Cu~(2+)-TiO_2/AOCF的最佳制备条件:氯化铜浓度c=1.5 mmol·L~(-1)、掺杂时间t=20 min、pH=3.0。对活性黄和甲基橙的光催化降解反应表明,当染料溶液pH=2.0、太阳光光源、催化剂用量为0.500 0 g·L~(-1)时,催化降解效率能达到95.7%。催化剂可重复使用6~8次且能保持光催化能力,2种溶液的催化降解反应均符合一级反应动力学特征。紫外可见光谱(UV-vis)和光致发光光谱(PL)分析表明,Cu~(2+)的改性降低了TiO_2禁带宽度,使其光谱响应范围变宽。     

分子印迹型TiO_2的制备及其对邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯的光催化性能

以邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯为模板分子、甲基丙烯酸为功能单体和乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,在TiO_2表面合成DEHP分子印迹聚合物,制备了分子印迹型TiO_2(MIP-TiO_2),优化了制备工艺条件。利用傅里叶红外光谱(FIIR)和X-射线衍射(XRD)对MIP-TiO_2进行表征,并考察了MIP-TiO_2对DEHP的光催化降解性能。结果表明,MIP-TiO_2的最佳制备工艺条件为模板分子、单体、交联剂和TiO_2的摩尔比为1∶4∶10∶1.875,反应温度为60℃;聚合时间为18 h。MIPTiO_2仍保持了和TiO_2一样的锐钛矿型结构,对DEHP的光催化效果明显高于TiO_2,对浓度为5 mg·L~(-1)的DEHP的光催化降解效率可达88.15%。     

壳聚糖/纳米CdS复合颗粒可见光光催化降解猩红B动力学研究

采用仿生矿化法制备了壳聚糖/纳米CdS复合颗粒光催化剂,并用于可见光光催化降解猩红B染料模拟废水,研究了猩红B初始浓度、pH、催化剂投加量和催化剂重复使用次数等因素对猩红B光催化降解的影响.X射线衍射(XRD)分析表明,壳聚糖能有效负载CdS纳米微晶.采用Langmuir-Hinshelwood模型描述壳聚糖/纳米CdS复合颗粒可见光光催化降解猩红B反应动力学行为,在猩红B初始质量浓度较低(≤20 mg/L)时,光催化降解过程符合假一级动力学方程.降低猩红B初始浓度和溶液pH都可显著增大光催化降解速率常数;催化剂投加量小于0.7 g/L时,光催化降解速率随其增加而增大,但催化剂投加量过大会使光催化降解速率减小;催化剂重复使用第5次时,猩红B光催化降解速率常数仍为第1次使用时的63.4%.     

SiO_2/g-C_3N_4复合光催化剂的制备及性能

以三聚氰胺为前驱体,采用热解法合成石墨相g-C_3N_4。将SiO_2与g-C_3N_4以不同质量比复合,采用煅烧法制备SiO_2/g-C_3N_4复合光催化剂。采用紫外—可见漫反射光谱(UVVis DRS)、光致发光光谱(PL)等对其进行表征。通过甲基橙的可见光催化降解,评价SiO_2/g-C_3N_4的可见光催化活性。当SiO_2在SiO_2/g-C_3N_4质量分数为13.0%时,SiO_2/gC_3N_4光催化活性最高,在该条件下,可见光照射2h,甲基橙的光催化脱色率达到45.8%。