添加壳聚糖溶胶-凝胶法制备的TiO2光催化剂及其光催化性能研究

采用添加壳聚糖（CTS）的溶胶-凝胶法制备了具有较高光催化活性的TiO2光催化剂,并用XRD、TEM、BET和IR等手段对其进行表征。结果表明,CTS的添加使TiO2衍射强度增强、分散性提高、比表面积增大从而使光催化活性提高;用所制备的催化剂光催化降解甲基橙反应60min后,其去除率由不添加CTS所制备TiO2的32％提高到48％,TOC去除率由14％提高到23％。     

TiO_2/粉煤灰漂珠复合材料的制备及光催化降解特性

以粉煤灰漂珠为载体,钛酸四丁酯为钛源,采用混合泥浆法制备了TiO_2/粉煤灰漂珠复合材料作为光催化剂。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)等测试手段对其进行了表征分析,并以罗丹明B为目标降解物对其光催化活性进行了研究。结果表明:TiO_2负载量的增加有利于提高TiO_2/粉煤灰漂珠复合材料的光催化活性,但是,TiO_2负载量过多使得附着在粉煤灰漂珠表面的TiO_2呈蓬松状态,在重复使用过程中容易脱落,导致光催化活性下降;粉煤灰漂珠表面负载的TiO_2为锐钛矿型;TiO_2与粉煤灰漂珠没有发生化学键合,只是以物理吸附的形式相结合。TiO_2/粉煤灰漂珠复合材料的TiO_2最佳负载量为28.57%(质量分数),随着罗丹明B溶液pH升高,光催化活性增强。TiO_2/粉煤灰漂珠复合材料循环使用5次,对罗丹明B的降解率基本都保持在70%以上,无机阴离子的加入有利于光催化活性的提高,但是过多的阴离子反而会对光催化活性产生抑制作用。     

TiO_2光催化对微滤去除腐殖酸的膜污染控制研究

着重研究了不同紫外灯光源和照射时间条件下,TiO_2光催化(PCO)对微滤去除腐殖酸过程中的膜污染控制,并探讨了膜污染的控制机理。研究结果表明,TiO_2光催化能有效提高微滤对腐殖酸的去除,同时降低膜通量的下降,起到有效控制膜污染的作用。进一步的实验分析表明,TiO_2光催化控制膜污染的主要机理在于将腐殖酸降解为易于被TiO_2吸附的小分子量物质,吸附腐殖酸降解产物后的TiO_2聚合颗粒粒径增大,易于在膜表面形成更为松散的沉积层,并使膜污染从以膜孔堵塞和沉积层污染为主转化为以沉积层污染为主的可逆性污染。     

改性TiO_2/浮石光催化去除二级出水中有机物

为了实现城市污水厂二级出水的回用,将La3＋、Fe3＋共掺杂TiO2/浮石光催化用于二级出水中有机物的去除。在优化工艺条件下,该方法对TOC的去除率为49.0%,对UV254的去除率为76.5%;出水BDOC/DOC值大幅度提高,由最初的0.21提高到0.56,增加了出水的可生化性;二级出水中存在着影响光催化去除有机物的因素,其中阴离子对有机物的去除有一定的抑制作用;光催化反应在通过O3强化后对有机物的去除率得到提高,TOC的去除率达到75.0%,光催化和O3氧化对有机物的去除具有协同效应;随着光催化反应次数的增加,催化剂活性有下降趋势,使用10次后TOC去除率下降到第一次使用时的16.7%,再生能够使催化活性恢复到使用前的95%,催化剂在使用15次以内稳定性较好。     

改性TiO2/浮石光催化去除二级出水中有机物

为了实现城市污水厂二级出水的回用,将La3+、Fe3+共掺杂TiO2/浮石光催化用于二级出水中有机物的去除。在优化工艺条件下,该方法对TOC的去除率为49.0%,对UV254的去除率为76.5%;出水BDOC/DOC值大幅度提高,由最初的0.21提高到0.56,增加了出水的可生化性;二级出水中存在着影响光催化去除有机物的因素,其中阴离子对有机物的去除有一定的抑制作用;光催化反应在通过O3强化后对有机物的去除率得到提高,TOC的去除率达到75.0%,光催化和O3氧化对有机物的去除具有协同效应;随着光催化反应次数的增加,催化剂活性有下降趋势,使用10次后TOC去除率下降到第一次使用时的16.7%,再生能够使催化活性恢复到使用前的95%,催化剂在使用15次以内稳定性较好。     

磁载TiO2光催化剂处理喷漆废水的影响因素及动力学特性

为探讨光催化技术对喷漆废水的处理能力,采用酸溶胶法制备了既具有较强光催化性能又能够回收的磁载TiO_2光催化剂,研究其在紫外光照射下处理喷漆废水的影响因素及动力学特性。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对光催化剂的微观形貌和结晶特点进行分析,发现磁载TiO_2光催化剂呈球形并具有较好的结晶度。当喷漆废水的COD初始质量浓度为3 280mg/L、初始pH为9、温度为50℃、光催化剂投加量为6g/L、光催化时间为480min时,COD去除率接近80%。光催化降解过程符合准一级动力学,遵循Langmuir-Hinshelwood动力学模型。当喷漆废水COD初始质量浓度为1 300mg/L时,光催化剂经过6次循环使用,其回收率和COD去除率仍分别可达到85%和82%。     

掺硫改性TiO2对活性艳红X-3B的光催化降解性能研究

以硫脲为硫的源物质,以钛酸四丁酯为TiO₂的前驱体,采用溶胶-凝胶法制备了掺硫改性TiO₂光催化剂。以活性艳红X-3B为目标污染物,研究了该催化剂的光催化降解性能,对硫掺杂量、催化剂焙烧温度、溶液pH值以及催化剂添加量等影响因素进行了研究,并采用XRD分析手法对光催化剂进行表征。结果表明,经掺硫改性后的TiO₂的催化活性有了很大提高,且硫的掺杂有一个最佳值,即Ti∶S的摩尔比为1∶1。经掺硫改性的TiO₂在可见光区具备一定的催化活性, 180 min内对活性艳红X-3B的去除率可达35.1%,且在紫外光区的催化活性优于纯TiO₂。     

CaF2(Tm3+)/TiO2光催化剂的制备及其对海水养殖废水中氨氮的降解研究

采用溶胶凝胶法制备了CaF_2(Tm~(3+))/TiO_2光催化剂,并用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)等手段对其晶型、粒径以及形貌进行了表征。对比分析了可见光下纯TiO_2和CaF_2(Tm~(3+))/TiO_2光催化剂对模拟海水养殖废水中氨氮的降解情况。结果表明,CaF_2(Tm~(3+))/TiO_2光催化剂粒径基本在15～25nm,晶型为锐钛矿型;CaF_2(Tm~(3+))的掺杂提升了TiO_2对可见光的利用率,使光催化效率大幅提升;CaF_2(Tm~(3+))/TiO_2光催化剂对海水养殖废水中氨氮的适宜光催化降解条件为CaF_2(Tm~(3+))掺杂比10%(摩尔分数)、CaF_2(Tm~(3+))/TiO_2光催化剂投加量0.6g/L、氨氮初始质量浓度100mg/L、H2O2质量浓度0.3g/L、pH=10.0、反应时间2.0h,在此条件下,氨氮去除率可达近90%;光催化降解氨氮的最终降解产物为N_2,处理比较彻底。     

ZnIn2S4光催化降解水中痕量药物卡马西平的特性

采用水热合成法制备光催化剂ZnIn2S4,考察其光催化降解水中痕量医药类物质卡马西平的特性。研究表明,卡马西平初始浓度100 μg·L-1、溶液pH 5~9、ZnIn2S4投加量50 mg·L-1与碘镓灯（350~450 nm）光照反应3 h后,卡马西平的去除率为90%。动力学分析表明,卡马西平的光催化降解符合一级反应动力学,添加催化剂时的反应速率常数是不加催化剂的2.85倍,催化剂明显提高了降解反应速率。催化剂循环使用2个周期后,卡马西平的去除率由90%降至70%并保持稳定,表明催化剂结构趋稳后仍具有较高的催化活性。羟基自由基（·OH）实验证实了卡马西平降解过程中·OH为主要活性物种,但卡马西平的矿化率却只有3%,由于反应后的溶液呈酸性,因此推测光催化过程中卡马西平与·OH作用后大都转化为酸性中间产物而未被彻底氧化。     

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.     

SO2的气相光催化氧化及催化剂的失活和再生研究

在模拟大气环境中,紫外光照射以及纳米TiO2光催化剂的作用下,气相无机污染物SO2被完全氧化为SO3或H2SO4。本文提出了SO2的非均相光催化氧化机理,并得出光催化反应速率符合一级动力学过程;经过连续使用之后,TiO2的光催化活性降低,最后活性消失;经过水洗之后,失活的TiO2可以得到再生。失活的TiO2和新鲜的TiO2的IR和XPS光谱差异表明,失活的TiO2表面存在H2SO4,其被认为是使催化剂失活的成分。     

掺Ni2+的TiO2颗粒光催化性能的研究

通过溶胶-凝胶法制备掺杂Ni2 的纳米TiO2,并用XRD和TEM进行了表征,发现Ni2 的掺杂减小了TiO2颗粒的粒径,Ni2 /TiO2晶型为锐钛型.通过对目标物罗丹明B的光催化降解实验,发现Ni2 的掺杂提高了TiO2的光催化活性,其降解罗丹明B的反应遵从一级反应动力学方程,Ni2 惨杂量为1.2%时的光催化活性最高.     

纳米TiO2薄膜在不同陶瓷表面的负载及其光催化性能研究

利用2种不同表面处理的陶瓷作为载体,用溶胶凝胶法在其表面进行了纳米TiO2光催化薄膜的负载.采用X射线衍射法(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描电镜(SEM)对薄膜的粒径、横断面及表面组成进行了表征和分析,结果表明,TiO2的平均粒径约为15 nm,釉面陶瓷TiO2薄膜分布均匀,膜厚约为300 nm;无釉陶瓷TiO2薄膜分布不均,膜层不明显;2种载体中的一些基质离子在TiO2薄膜有渗透.苯酚的降解实验表明,以2种不同表面处理的陶瓷为载体的TiO2薄膜对苯酚的降解均符合一级反应动力学,就催化活性而言,TiO2/釉面陶瓷＞TiO2/无釉陶瓷,分析认为基质渗透的Ca2 有降低TiO2光催化活性的作用;该薄膜对实际生产多菌灵废水具有催化降解作用.重复降解实验20次,TiO2/釉面陶瓷和TiO2/无釉陶瓷对苯酚的去除率仅分别降低9%和6%.     

镍网负载纳米TiO_2光催化反应器对酸性品红脱色效果实验研究

采用负载纳米TiO2的三维镍网装配了光催化反应器,就其对酸性品红溶液进行脱色效果进行了实验研究。考察了反应器的3种装配条件、品红初始浓度、pH值、H2O2投加量、紫外光剂量等因素对酸性品红脱色效果的影响。结果表明:UV灯+镍网+TiO2模式组合的反应器脱色效果最好;在相同的处理时间内酸性品红溶液的脱色率随起始浓度的增大而减小;将酸性品红溶液pH值调至5时脱色效果最明显,70 min的脱色率可高达94.8%。脱色效果还可以通过溶液中添加H2O2和控制紫外线剂量来调节。当溶液中H2O2投加量为0.5 g/L时,处理70 min后的脱色率可高达98.3%;到达反应界面紫外光剂量越多则能够获得越高的酸性品红脱色率。     

TiO_2光催化涂料的制备及其降解甲醛研究

自制TiO_2光催化涂料,重点对所制备的涂料在室内进行降解甲醛研究,考察了在不同分散剂、不同光催化剂以及不同甲醛初始浓度、不同光源、不同温度和不同湿度等环境因素下涂料对甲醛降解率的影响。结果表明,选用聚丙烯酸钠离子型分散剂,铜金属掺杂TiO_2光催化剂制备的光催化涂料对甲醛降解率达80%以上且具有良好的耐久性,在室温(20℃左右)湿度50%日光灯照射下,甲醛初始浓度5μL时效果最佳。     

水体中常见无机阳离子对TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的影响

选择了6种水体中常见的阳离子(Na+、Mg2+、Ca2+、Al3+、Cu2+、Ni2+),分别考查了其对TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的影响;从光吸收、无机离子本身的性质对光生电子的捕获及传递等讨论了上述离子影响TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的反应速率的原因。结果表明:由于其不能捕获光生电子,Na+、Mg2+、Ca2+本身对TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的反应速率影响不大;Al3+吸引电子能力较强,成为光生电子和Cr(Ⅵ)之间的桥梁,促进了Cr(Ⅵ)的还原;浓度为1 mmmol/L时,Cu2+显著地促进了Cr(Ⅵ)的光催化还原,其主要原因是Cu2+捕获光生电子的能力很强,起到了催化剂的作用,而浓度大于10 mmol/L时,Cu2+形成单质Cu以及对紫外光的吸收都使促进作用降低;Ni2+未充满的d轨道具有获得并传递光生电子的能力,也促进了Cr(Ⅵ)的还原;在浓度同为1mmol/L时,对Cr(Ⅵ)光催化还原的促进作用依次为:Cu2+Al3+Ni2+Na+、Ca2+、Mg2+。     

微波辅助光催化降解水中酚的研究

利用改装的家用微波炉和自制的无电极灯(EDL)试验了5种酚在水溶液中的微波辅助光催化降解效果.结果表明,反应30 min,微波辅助光催化作用(MW/EDL/TiO2)能去除80%以上的苯酚、间硝基苯酚、对氯苯酚和对甲酚,相应溶液的总有机碳(TOC)均减少70%以上,2-萘酚的去除率为59%,溶液TOC减少54%;微波(MW或MW/TiO2)作用对酚的去除率有一定贡献;对上述5种酚的微波辅助光催化反应动力学进行了初步研究,发现均符合准一级动力学方程.     

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。