负载型TiO_2纳米管对水体中萘普生光催化作用

为了解决水体中光催化剂的分离和回收问题,对纳米TiO_2的固载化及其应用进行了研究。首先以纳米TiO_2为原料,采用水热合成法制备TiO_2纳米管;再以聚氨酯膜片为载体制备负载型TiO_2纳米管(PU/TiO_2)。对负载材料进行FT-IR和SEM表征,表征结果表明:TiO_2纳米管能很好地接枝在PU薄膜表面;然后在空气曝气、p H=5、T=26℃的条件下,进行光催化降解萘普生的实验。实验结果表明:制备的负载材料对水体中的萘普生有较强的吸附作用,在300 W紫外光的照射下,5 min内能使10.00 mg/L的萘普生降解完全;紫外光照与光催化剂对萘普生的降解具有协同效应;光催化反应近似符合一级模型。综合表明,负载型TiO_2纳米管是一种具有潜在应用前景的光催化剂。     

微孔-P25复合二氧化钛矿化挥发性有机物的性能

矿化效率不足是光催化净化VOCs技术应用的主要瓶颈之一。为提升矿化效率,以十二胺为模板剂,在P25表面构建微孔二氧化钛同质吸附层。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和对甲苯的光催化降解,并探讨微孔TiO_2和P25复合比例对催化剂性能的影响。结果发现,随着微孔复合比例增加,比表面积和甲苯平衡吸附量均显著提高。微孔复合比例小导致吸附对甲苯矿化的强化作用不明显,而微孔复合比例过高则造成材料光生载流子分离效率下降。微孔TiO_2和P25复合比例为8∶5时,催化剂对甲苯的矿化效率最高,分别是P25和微孔TiO_2的3.14和1.85倍。     

改善反应器内部光照条件对TiO_2光催化去除H_2S的影响

在不同紫外光照强度和不同催化剂质量条件下,研究了TiO_2对H2S光催化氧化去除效率和特征。结果表明,H2S去除率随紫外光照强度增大而增大,而在用空白玻璃珠替代部分负载有TiO_2的玻璃珠(TiO_2-GB)后,TiO_2-GB所占比例为60%(TG60%)时具有最佳的光催化氧化效率。在H2S浓度为1 062 mg·m-3,流速100 m L·min-1条件下反应90 h后,TG60%的H2S去除率依然能达到64.79%,高于相同条件下TG100%的42.03%,产物为S6与S0。通过研究反应器内部紫外光强度分布,发现单纯增大外部紫外灯功率并不能有效增大反应器内部光强,而随空白玻璃珠所占比例增大,反应器内部光照条件得到有效改善。因此,单纯增强紫外线强度或增加TiO_2催化剂用量均不能达到最理想的光利用效率,而是要将两者综合考虑。实验结果表明,与填充物全为TiO_2-GB的情况相比,TG60%在不提高能耗的前提下,减少了催化剂的用量,而H2S的光催化去除率反而提升。     

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。     

超声—紫外协同催化降解废水中■的研究

选择纳米TiO_2为催化剂,研究超声—紫外协同催化降解■的效果。考察了不同TiO_2类型、TiO_2投加量、H_2O_2投加量、超声频率、超声强度、溶液初始pH和■初始浓度等因素对■降解率的影响,并对协同催化降解的机制进行了探讨。结果表明,不同类型TiO_2对■的降解效果为P25型TiO_2锐钛矿型TiO_2金红石型TiO_2。在■初始质量浓度为5 mg/L、P25型TiO_2投加量为0.06g/L、H_2O_2投加量为60mmol/L、超声频率为80kHz、超声强度为0.300W/cm~2、溶液初始pH为3.0的条件下,反应10min时超声—紫外协同催化对■的降解率最高可达98.26%。超声和紫外光对■的降解具有协同促进效应,其协同因子为2.08。机制分析表明,超声—紫外协同催化降解■的机制是以·OH为主要自由基的高级氧化作用,1,3-二苯丙烷和对苯基苯酚为主要中间产物。     

负载型TiO_2/MCM-41催化剂在光催化-膜分离耦合工艺中的性能

采用溶胶4疑胶法制备了以介孔MCM41分子筛为载体的TiO_2/MCM41催化剂,并通过光催化降解酸性红B废水对其在光催化4莫分离耦合工艺中的光催化降解性能和膜污染影响进行了研究。结果表明:TiO2/MCM^l催化剂的废水降解率随TiO_2负载量増加、MCM41分子筛粒径减小和TiO_2/MCM41催化剂粒径减小而呈现出先増大后降低的趋势而膜通量衰减率在TiO_2负载量为80%时最低、同时呈现出随MCM41分子筛粒径减小而先降低后増大以及随TiO_2/MCM41催化剂粒径减小而不断増大的变化规律,适宜的MCM41分子筛粒径、TiO_2/MCM41催化剂的TiO_2负载量和TiO_2/MCM41催化剂粒径分别为0.61μm、30%和11.26 TiO_2/MCM-41催化剂的光催化降解性能优于商业TiO_2的,而膜污染则低于商业TiO_2的。     

焙烧温度对TiO_2催化剂催化燃烧性能的影响

以TiOSO_4·2H_2O为原料,采用沉淀法制备了TiO_2催化剂,考察焙烧温度对TiO_2催化剂催化燃烧二氯甲烷(DCM)性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、BET比表面积测试、扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光(XRF)等分析方法对TiO_2催化剂进行表征。结果表明:TiO_2催化剂的催化活性随着焙烧温度的变化而存在差异;适量硫酸根的存在有利于TiO_2催化剂催化活性的提高;TiO_2催化剂存在锐钛矿的衍射峰,随着焙烧温度升高,平均晶粒尺寸变大,结晶度变高,比表面积下降,表面颗粒尺寸变大,催化活性随之下降;450℃焙烧制得的TiO_2催化剂具有最高的催化活性,在292.2℃时对DCM的转化率达到90%以上,且HCl生成率和稳定性也较好。     

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。     

自然生境中氨氧化细菌的分子生物学研究进展

摘要 硝化过程是自然界氨氮污染降解的主要生化机制,氨氧化细菌对于富营养的河流、海洋及土壤环境等自然生境具有重要作用.氨氧化细菌的群落结构很复杂,且在不同研究区的时空上存在很大差异性.随着分子生物技术的发展,各种自然环境中存在的氨氧化细菌得到了研究.目前,中国对氨氧化细菌的研究多集中于污水处理、土壤等方面,采用非培养方法对自然环境中氨氧化细菌的研究较少.首先介绍了氨氧化细菌的发现过程和生理特性,其次论述了不同的分子生物学方法对土壤和水生生态环境等自然生境中氨氧化细菌研究进展和研究方法,最后提出了自然生境中氨氧化细菌研究的问题和展望.     

不同晶面暴露的TiO_2光催化降解蒽的性能及途径分析

多环芳烃是一类广泛分布于环境介质中、具有"三致性"的有机污染物,随着工业的迅速发展,其在水体中的污染日趋严重。光催化氧化法是去除这一类难降解有机污染物的有效方法。通过氙灯光源模拟太阳光,以不同晶面暴露的TiO_2为催化剂,对蒽进行催化降解,研究其在不同晶面占主导的TiO_2催化下的光降解机制,分析降解过程中间产物的生成途径。结果表明,蒽的光降解符合一级反应动力学模型,3种晶面占主导的TiO_2降解蒽的速率顺序为:{101}{010}{001},用GC-MS检测到反应过程中的中间产物主要为蒽醌和蒽酮等,剖析了蒽在TiO_2催化下的光降解途径,并进一步证实空穴和氧气是影响蒽光催化降解效率的主要活性物质,而·OH对其影响很小,其中{001}晶面暴露的TiO_2主要通过表面富集的空穴促进蒽的降解及蒽醌的生成,{101}晶面暴露的TiO_2主要通过吸附在其表面的氧气作为电子受体,生成超氧自由基等活性物质,进而氧化去除污染物。     

不同有机分子修饰对二氧化钛光降解甲基橙的影响

采用改进的溶胶-凝胶法制备了不同有机分子修饰的纳米TiO_2粉体材料。利用X射线粉末衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、高分辨率的透射电镜(HRTEM)对有机分子修饰的TiO_2进行分析表征。结果表明,制备的纳米TiO_2粉体粒径均匀,表面修饰效果较好,完全为锐钛矿型。通过甲基橙溶液光降解实验,比较了不同有机分子修饰的TiO_2粉体的光降解性能,实验发现有机分子修饰的纳米TiO_2吸附甲基橙达到平衡所需要的时间远大于P25吸附平衡时间,修饰的有机分子均能提高催化剂的光催化活性,胺类有机分子修饰的TiO_2光降解甲基橙的效能要比酸类有机分子修饰的TiO_2光降解甲基橙的效能好,其次有机分子链长也有一定的影响。     

SiO_2掺杂对V_2O_5-WO_3/TiO_2脱硝催化性能的影响

采用溶胶凝胶法制备TiO_2-SiO_2载体,浸渍法制备出V_2O_5-WO_3/TiO_2-SiO_2催化剂,利用BET、FESEM、XRD、TGA和激光拉曼对催化剂进行表征,研究催化剂的理化性质。以NH_3为还原剂,考察反应温度、SiO_2掺杂量、焙烧温度、空速和使用时间对SCR催化还原NO的性能影响。结果表明,V_2O_5-WO_3/TiO_2-SiO_2催化剂最佳反应温度在250~350℃。SiO_2掺杂能提高活性组分V_2O_5和WO_3在载体表面的分散性,制备出的催化剂具有更大的比表面积和更宽的温度区间,提高脱硝活性及稳定性。SiO_2掺杂量对催化剂性能影响较大,制备的催化剂中,TiO_2/SiO_2=2显示了最大催化活性,脱硝率均在60%以上,TiO_2/SiO_2=0.5制备的催化剂稳定性最差。焙烧温度对催化剂性能也有影响,焙烧温度在500和600℃时,最低脱硝率为58%和23%,最佳焙烧温度为400℃,脱硝率均在80%以上,具有优越的脱硝性能。实验结果还表明,空速对V_2O_5-WO_3/TiO_2-SiO_2催化剂的影响不大,在20 000 h~(-1)空速下催化剂的使用时间对脱硝率的影响也不大,48 h内能保持在99%左右,非常稳定。     

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。     

负载型磷酸氧钒低温脱硝催化剂的制备及其抗硫抗水性能

针对目前低温脱硝催化剂抗硫抗水性较差的不足,以TiO_2为载体负载活性组分V_2O_5,利用磷酸调控表面酸性,制备了磷酸氧钒催化剂VPO/TiO_2,并实验研究了SO_2和水蒸气对其脱硝活性的影响。结果表明:控制P与V的摩尔比为1/5,活性组分(VPO)负载量为10%,焙烧温度为400℃时,催化剂脱硝性能最好,180～400℃温度范围内脱硝率高于98%;反应温度为200℃,烟气中SO_2体积分数为200×10~(-6)～800×10~(-6)和水蒸气体积分数为4%时,催化剂的活性无明显下降。添加磷酸能够促使催化剂表面生成VOPO_4、(VO)_2P_2O_7及V~(4+)/V~(5+)氧化还原电对,提高了催化剂的低温脱硝活性。磷酸可增强催化剂的表面酸性,减少了SO_2的表面吸附及其与活性组分的反应。另外,催化剂表面以介孔为主,可提高未被水分子占据的活性位点量,FT-IR图谱显示抗硫抗水测试后的VPO/TiO_2表面未发现有硫酸根生成,VPO/TiO_2表现出较强的抗SO_2和水蒸气毒化的性能。负载型磷酸氧钒催化剂具有较高的脱硝活性和较强的抗硫抗水性能。     

微孔TiO_2负载Pt吸附强化矿化甲苯的性能

矿化效率不足是光催化技术应用于挥发性有机化合物(VOCS)净化的关键限制因素之一。为了提高VOCs的矿化效率,制备了高比表面(736 m~2·g~(-1))微孔TiO_2材料以其为载体构建了微孔TiO_2与Pt的吸附强化光催化二元结构体系。采用比表面积(BET)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等方法考察材料结构,并以甲苯为VOCs代表研究材料的吸附-光催化特性。结果表明,Pt修饰微孔TiO_2表现出特异的吸附和催化能力,甲苯平衡吸附量和矿化效率分别是P25的3.8·4.1倍和2.6·2.9倍。微孔TiO_2载体除了吸附强化作用外,其表面通过Pt修饰可产生大量表面羟基,从而利于PtTiO_2的常温催化过程。     

可净化地下水的细菌

最近发现了一种能净化受到严重污染的地下水的细菌。3年前在华盛顿附近的波托多克河发现该类细菌的美国地质调查所(USGS)的D. Louely认为“该细菌净化着自然界已受污染的物质”,但有很多问题有待于进一步研究。这种被称为“G. S. 15”的细菌利用铁使苯、甲苯等石油产品那样有害的有机芳香族物质无害     

电厂低负荷下V-W/TiO_2基NH_3-SCR催化剂的低温改性

在不改变工业催化剂制备工艺的基础上,通过改性提高工业V-W/TiO_2催化剂的低温活性。实验采用浸渍法,通过添加磷酸以及氧化铈来改性工业V-W/TiO_2催化剂,探讨了新型低温SCR催化剂的脱硝活性。并通过比表面积测试(BET),X射线衍射实验(XRD),吡啶红外实验,程序升温还原(H_2-TPR)等技术对催化剂理化性能进行表征。研究结果表明,1%磷酸添加量使催化剂表面的B酸以及弱酸含量大量增加,使催化剂向低温端降低了30℃;同时,在添加1%磷酸的基础上,添加不同含量氧化铈,提高催化剂的氧化还原性,发现添加8%氧化铈,使催化剂氧化还原性能显著增强,转化温度向低温再次降低了40℃。通过添加磷酸和氧化铈,使V-W/TiO_2催化剂80%转化温度从280℃降至220℃,同时具备了高抗硫抗水性。     

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%。     

ZnO/TiO_2光催化剂的制备及太阳光催化降解苯酚的研究

以溶胶-凝胶法和等体积浸渍法制备了ZnO/TiO_2光催化剂(分别表示为SG-w%ZnO/TiO_2、JZ-w%ZnO/TiO_2,其中w%为ZnO占TiO_2的质量分数),采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)、紫外—可见吸收光谱(UV-Vis)和扫描电子显微分析镜(SEM)-能量弥散X射线谱(EDS)表征了各光催化剂的物相结构,考查了光催化剂制备方法、ZnO掺杂量、焙烧温度、苯酚初始浓度、降解时间对太阳光催化降解苯酚活性的影响,并探讨了太阳光催化降解苯酚的反应机理。结果表明:(1)500℃下煅烧2h制备的SG-0.5%ZnO/TiO_2、JZ-0.5%ZnO/TiO_2中TiO_2均以锐钛矿相存在,ZnO掺杂有利于提高光催化剂的太阳光催化性能。(2)在太阳光照射4h、光催化剂用量为2g/L、苯酚初始质量为10 mg/L的条件下,JZ-0.5%ZnO/TiO_2对苯酚的降解率可达61%,优于商用TiO_2(P25)。     

TiO_2、BiVO_4、Cu_2O光催化降解低浓度甲醛

比较研究了3种(TiO_2,BiVO_4,Cu_2O)光催化剂对低浓度甲醛的降解过程,拟通过结构分析(晶粒尺寸、比表面积、禁带宽度)和实验评价其性能优劣,优选出光催化性能较好的材料。通过结构分析和降解甲醛实验发现,甲醛初始浓度较低时,BiVO_4降解率优于其他,随甲醛浓度增加,催化剂降解率均呈上升趋势,TiO_2-1(T-1)、TiO_2-2(T-2)降解率增加显著。随环境湿度增大,降解率先上升后下降,BiVO_4-1(B-1)、BiVO_4-2(B-2)降解率下降的较为缓慢。同一物质当晶粒尺寸越小比表面积越大,其降解率越好。T-2比B-1有更好的稳定性。分析认为在较低甲醛浓度时,决定光催化降解率的主要因素是催化剂的表面反应速率。随着甲醛初始浓度的增加,吸附脱附成为主要限制步骤。随环境湿度增加,甲醛降解率先上升后下降,具有较小比表面积的BiVO_4降解甲醛效率下降不显著。连续的工作产生甲醛分解副产物,不易堵塞具有大比表面积的T-2的活性位点,所以T-2有更好的稳定性。