纳米TiO2光催化的改良及其在环境工程中的新应用

综述了近年来纳米TiO2光催化剂改良的最新技术,包括对其的改性及与其他技术的联合运用,以提高纳米TiO2的光催化效率;探讨了其在环境工程中的新应用,并就今后纳米TiO2光催化剂的研究发展方向提出了一些建议.     

V/Ce共掺杂TiO2光催化降解甲醛的实验研究

采用溶胶-凝胶法制备了不掺杂、V掺杂、Ce掺杂、V/Ce共掺杂纳米TiO2光催化剂,并将其分别负载于瓷砖上,利用X射线衍射分析（XRD）和扫描电镜分析（SEM）技术对薄膜样品的结构和形貌进行了表征。通过对甲醛的降解实验评价光催化剂的光催化活性。实验结果表明,光催化剂的负载量、共掺杂离子的掺杂量、掺杂配比、煅烧温度影响纳米TiO2的光催化活性。V/Ce共掺杂TiO2光催化剂产生了协同效应,其光催化活性优于纯TiO2和单掺杂TiO2样品。     

纳米TiO2光催化剂负载技术研究

纳米TiO2光催化剂在废水处理、空气净化等环保领域具有诱人的应用前景,将其负载于一定的载体上,并设计出高效的光反应器是其实用化的关键之一.本文对纳米TiO2光催化剂负载所用载体、固定方法及其效果、相关光催化化学反应器作了综合评述.     

纳米TiO2光催化剂负载技术研究

纳米TiO2光催化剂在废水处理、空气净化等环保领域具有诱人的应用前景,将其负载于一定的载体上,并设计出高效的光反应器是其实用化的关键之一。本文对纳米TiO2光催化剂负载所用载体、固定方法及其效果、相关光催化化学反应器作了综合评述。     

亚甲基蓝表面修饰纳米TiO2降解造纸废水动力学

以亚甲基蓝(MB)作为表面修饰剂,采用简单的化学吸附法制备亚甲基蓝表面修饰的纳米TiO2光催化剂(TiO2-MB)。经表面修饰后,TiO2-MB光催化剂波长响应范围红移至可见光区575 nm处。探讨了光催化剂量、光照时间和溶液pH值对TiO2-MB光催化降解造纸废水的影响;研究了纳米TiO2-MB对造纸废水的暗吸附规律和光降解性能。结果表明:纳米TiO2-MB对造纸废水的吸附规律都较好地符合Langmuir和Freundlich吸附等温模型,属于吸热反应;光催化降解动力学符合Langmuir-Hinshelwood动力学模型。在160 W高压汞灯光照80 min,3.0 g/L纳米TiO2-MB光催化降解pH=2.0的造纸废水(COD:2 069.8 mg/L),COD去除率可达94.7%,处理效果远高于避光条件下。光催化剂经8次使用仍具有较高的催化活性。     

TiO2晶体的微波水热法制备及光催化性能研究

以TiSO4和尿素为主要原料,EDTA为控制剂,采用微波水热法制备纳米TiO2光催化剂,并分析了纳米TiO2晶粒的最佳形成条件。利用XRD、TEM等技术对制备产物进行表征。结果表明,TiSO4和尿素混合物在微波水热条件下晶化150min后,产物为锐钛矿型TiO2,且产物粒径小、大小均匀。在紫外光照射下,以自制的锐钛矿型纳米TiO2为催化剂,酸性橙为降解目标物,进一步研究了其光催化性能。结果表明,该TiO2在紫外光照射下表现出稳定的光催化活性。     

TiO_2晶体的微波水热法制备及光催化性能研究

以TiSO4和尿素为主要原料,EDTA为控制剂,采用微波水热法制备纳米TiO2光催化剂,并分析了纳米TiO2晶粒的最佳形成条件。利用XRD、TEM等技术对制备产物进行表征。结果表明,TiSO4和尿素混合物在微波水热条件下晶化150 min后,产物为锐钛矿型TiO2,且产物粒径小、大小均匀。在紫外光照射下,以自制的锐钛矿型纳米TiO2为催化剂,酸性橙为降解目标物,进一步研究了其光催化性能。结果表明,该TiO2在紫外光照射下表现出稳定的光催化活性。     

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SO2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。     

TiO2/NiFe2O2磁性纳米光催化剂的制备及其光催化性能研究

先用水热法制备了纳米级NiFe2O2磁核,然后采用均匀沉淀法在NiFe2O2磁核表面包覆TiO2,制备了一种新型磁性纳米光催化剂TiO2/NiFe2O2通过实验确定了制备TiO2/NiFe2O2的最佳Ti/Ni(摩尔比)为30/1,用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射、热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)、磁力学测试等手段对其进行了表征.以甲基橙的水溶液为模拟污染物,评价了TiO2/NiFe2O2的光催化性能,在光照2 h后,甲基橙的脱色率可达98.5%.研究结果表明,TiO2/NiFe2O2是一种可重复使用的高效光催化剂.     

TiO_2/NiFe_2O_4磁性纳米光催化剂的制备及其光催化性能研究

先用水热法制备了纳米级NiFe2O4磁核,然后采用均匀沉淀法在NiFe2O4磁核表面包覆TiO2,制备了一种新型磁性纳米光催化剂TiO2/NiFe2O4。通过实验确定了制备TiO2/NiFe2O4的最佳Ti/Ni(摩尔比)为30/1,用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外—可见(UV—Vis)漫反射、热重—差示扫描量热分析(TG—DSC)、磁力学测试等手段对其进行了表征。以甲基橙的水溶液为模拟污染物,评价了TiO2/NiFe2O4的光催化性能,在光照2h后,甲基橙的脱色率可达98.5%。研究结果表明,TiO2/NiFe2O4是一种可重复使用的高效光催化剂。     

TiO／NiFe2O4磁性纳米光催化剂的制备及其光催化性能研究

先用水热法制备了纳米级NiFe2O4磁核,然后采用均匀沉淀法在NiFe2O4磁核表面包覆TiO2,制备了一种新型磁性纳米光催化剂TiO2／NiFe2O4。通过实验确定了制备TiO2／NiFe2O4的最佳Ti／Ni（摩尔比）为30／1,用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见（UV—Vis）漫反射、热重一差示扫描量热分析（TG-DSC）、磁力学测试等手段对其进行了表征。以甲基橙的水溶液为模拟污染物,评价了TiO2／NiFe2O4的光催化性能,在光照2h后,甲基橙的脱色率可达98．5％。研究结果表明,TiO2／NiFe2O4是一种可重复使用的高效光催化剂。     

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。     

Cu/La共掺杂TiO2光催化氧化水中的氨氮

采用水解-沉淀法制备了Cu/La共掺杂纳米TiO2催化剂,利用XRD、XPS和BET技术对其进行表征,并考察了在紫外灯下,共掺杂TiO2对氨氮的光催化氧化工艺条件。物相结构和比表面积测试结果表明,共掺杂催化剂具有较好的锐钛矿晶型,孔径分布为4～8 nm,Cu/La共掺杂TiO2La以La3+,Cu是以Cu2+、Cu+的形式掺杂进入TiO2的晶格。光催化实验表明:所得改性光催化剂对氨氮的去除及焦化废水的处理均具有较高的催化活性。     

铂铈共掺杂纳米TiO2的制备、表征及光催化性能

以钛酸四丁酯为前驱体,过氧化氢为氧化剂,采用简单易行的低温氧化法制备出晶粒尺寸较小（平均尺寸25nm）的二氧化钛纳米粒子。通过贵金属Pt掺杂TiO2（Pt-TiO2）、稀土元素Ce掺杂TiO2（Ce-TiO2）和Pt、Ce共掺杂TiO2（Pt／Ce-TiO2）的掺杂的方法对二氧化钛进行改性。通过XRD,XPS,TEM,紫外漫反射等表征手段对制备的样品进行表征。通过可见光下降解罗丹明B来测试其光催化活性。实验结果表明,由ce掺杂的TiO2光催化剂对有机污染物的最大降解能力略大于Pt掺杂的TiO2,2种元素进行共同掺杂时对应的TiO2光催化剂降解能力最大。     

溶胶-凝胶法制备复合光催化剂（MWNTs/TiO_2）工艺条件的研究

以多壁碳纳米管（MWNTs）为载体,在煅烧温度200~900℃、煅烧时间1~7 h、溶胶体系pH值为2~10的工艺条件下,采用溶胶-凝胶法制备复合光催化剂（MWNTs/TiO2）。通过其对甲基橙的光催化降解效果对比,评价各种复合光催化剂催化活性之间的差异,结果表明,随着煅烧温度的升高,复合光催化剂中纳米TiO2的晶型由锐钛型逐渐向金红石型转变,500℃时为2种晶型的混合相;pH值为2的强酸性条件有利于形成金红石晶型,pH值为5的中性及弱酸性条件则有利于形成锐钛型,而pH值为3时为2种晶型的混合相;在煅烧温度500℃、煅烧时间3 h、溶胶凝胶体系pH值为3的最佳制备工艺条件下,复合光催化剂催化活性最高,借助扫描电镜发现其TiO2均匀地包覆在多壁碳纳米管管壁上。     

具有可见光活性的氮掺杂TiO_2光催化剂的制备及光催化性能

采用浓氨水处理Ti(SO4)2溶液,然后经过滤、干燥、煅烧制备了一种氮掺杂TiO2光催化剂TiO2-XNX,其最佳煅烧温度为400℃。对该光催化剂的XRD谱图进行分析,结果表明,TiO2-XNX的晶型为锐钛矿相。紫外—可见吸收光谱表明,该光催化剂在可见光区具有明显的吸收。甲基橙溶液的降解实验结果表明,制备的TiO2-XNX光催化剂具有可见光(波长λ400nm)活性。     

纳米二氧化钛的改性及光催化氧化烷烃研究

催化剂的表面结构是影响催化反应的重要因素之一.利用原位红外(In-situ FT-IR)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)等现代物理技术考察了热处理改性对纳米 TiO2的表面结构、晶相结构、粒子大小、比表面积和吸光性能的影响,采用In-situ FT-IR光谱着重研究了纳米TiO2催化剂上环己烷光催化降解机制及催化剂的结构特性与催化反应之间的相关性.研究表明,400 ℃条件下热处理纳米TiO2具有最佳光催化活性,适宜的表面结构、晶相结构、吸光能力及晶化度是纳米TiO2光催化剂高催化活性的主要原因.借助In-situ FT-IR光谱,观察到环己烷氧化的主要产物是CO2和H2O,同时捕捉到了中间产物CO以及乙酸,提出了环己烷光催化降解的可能机理.     

室内装饰品负载氮掺杂氧化钛的光催化性能

采用钛醇盐水解法与溶胶凝胶法,以氨水、尿素、三乙胺为氮源,制备了纳米TiO2-xNx光催化剂.为了在净化室内空气的同时能够装饰环境,提出了喷涂和浸泡2种工艺将光催化剂负载于室内装饰品,并在模拟太阳光的照射下对室内污染物甲醛进行降解.XRD、UV-Vis光谱及XPS分析结果表明,在烧结温度为400℃时得到的3种TiO 2...     

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。     

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.