TiO_2/氧化石墨烯复合材料的太阳光催化性能研究

利用渗析法对Hummers法制备氧化石墨烯(GO)的清洗进行了改进,再以溶胶-凝胶法制备了TiO_2/GO复合材料。通过XRD、FTIR、SEM对复合材料进行表征,并在模拟太阳光下通过光催化降解苯酚的实验考察了GO百分含量、煅烧温度及循环使用次数对复合材料光催化活性的影响。实验结果表明:复合材料在经过500℃煅烧2 h后,GO上大部分含氧官能团被还原;GO的加入不仅未改变TiO_2的锐钛矿晶型,还可以有效抑制复合材料的团聚;改用酸渗析法清洗GO所制备的复合材料光催化效果要比传统的酸清洗法好;当复合材料材料中GO的百分含量为10%,煅烧温度为500℃时,复合材料的光催化活性最高,经过100 min模拟太阳光光照后,可将15 mg/L的苯酚完全降解;复合材料在循环使用6次后对苯酚的降解率仍可达到87.6%,具有较好的稳定性。     

Fenton试剂-太阳光催化氧化法联合处理造纸黑液

以钛酸丁酯作为TiO_2的前驱体,利用硝酸镧和硫脲作为掺杂源,采用溶胶-凝胶法制备了La、N/S共掺杂TiO_2光催化剂,并采用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)和X射线衍射仪(XRD)对所制备的光催化剂进行了分析表征,然后利用Fenton试剂氧化法预处理与太阳光催化氧化法联合对造纸黑液进行了降解处理,分别考察了光照时间、光催化剂用量、处理液p H值、H_2O_2加入量等各因素对光催化降解率的影响,在单因素研究的基础上进行了L9(3~4)正交试验。结果表明,所制备的共掺杂TiO_2为锐钛矿晶型,吸收带红移有较强的可见光吸收,大大提高了对太阳光能的利用率。造纸黑液经Fenton试剂氧化预处理后,在500 W氙灯(模拟太阳光)下光催化氧化降解的最佳工艺条件为:50 m L造纸黑液,H_2O_2加入量为0.6 m L;反应液p H=5;光照时间90 min;催化剂用量0.04 g,在上述工艺条件下太阳光催化降解率可达到73%,处理效果大大优于市售进口TiO_2光催化剂和单一光催化降解过程。     

硅胶负载TiO_2催化剂的制备与光催化效果

以硫酸钛为前驱体,尿素为沉淀剂,粗孔微球硅胶为载体,采用水热法在160℃下制备硅胶负载TiO_2(TiO_2/硅胶)光催化剂。通过调节TiO_2含量(15%、30%、40%、55%、70%、85%)和水热时间(2,3,4,5,6 h)制备TiO_2/硅胶光催化剂,并考察了材料的晶体结构、比表面积、TiO_2负载量以及光催化降解腐殖酸性能。结果表明:TiO_2理论投加量为70%,水热时间为5 h时,制备所得的TiO_2/硅胶光催化剂具有最优的光催化活性,此时制备的催化剂为锐钛矿型,比表面积为434.829 m~2/g,TiO_2负载量为37.50%。当使用该催化剂投加量为4 g/L、腐殖酸初始浓度为20 mg/L时,腐殖酸降解率最高,为76.5%,降解过程符合一级反应动力学。催化剂经重复4次使用后,仍具有较好的光催化稳定性。     

气相中芥子气模拟剂2-CEES在SO24-/TiO2上的光催化消除

与传统洗消法相比,光催化技术消除军用毒剂具有高效和无二次污染等优点,但TiO2的活性较低且易于失活以致难于实际使用.采用稀硫酸对TiO2进行表面修饰制备出了SO4-/TiO2催化剂,在连续流动微分反应器上考察其对芥子气模拟剂2-chloroethyl ethyl sulfide(2-CEES)的光催化降解活性和稳定性,并与TiO2进行了比较.结果表明,硫酸化处理不但可提高TiO2的活性也可提高其活性稳定性,其中以200℃焙烧所得样品ST200的性能最好.还研究了反应温度和水蒸气对ST200上2-CEES光催化降解的影响,发现在90℃反应,催化剂有较高的活性和稳定性;当给2-CEES初始浓度＜61 μL·L-1的体系中添加30.5 mL·L-1的水蒸气时,催化剂可维持长久的高活性.还发现将SO24-/TiO2负载在γ-A12O3、SiO2和木质活性炭(AC)上可提高SO24-/TiO2的活性和稳定性,其中以SiO2载体最佳.     

g-C_3N_4/TiO_2复合材料光催化降解布洛芬的机制

以TiCl_3为TiO_2钛源,二聚氰胺为g-C_3N_4前驱体,制备了g-C_3N_4/TiO_2复合材料;通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和紫外可见光吸收光谱(UV-vis)等对g-C_3N_4/TiO_2复合材料进行形貌、元素和催化活性的表征.结果表明,TiO_2能很好地依附在g-C_3N_4的表面;吸收光发生了红移,扩大了TiO_2的吸收光谱范围;催化剂活性实验研究表明g-C_3N_4与TiO_2按1:9的质量掺杂比例制备出的g-C_3N_4-10/TiO_2复合材料对布洛芬(IBU)的光催化降解效果最好;实验同时研究了g-C_3N_4-10/TiO_2复合材料对IBU光催化降解的影响机制.IBU的光催化反应符合准一级动力学规律;酸性环境下有利于IBU的降解;使用异丙醇作为·OH分子探针,检测到·OH存在于g-C_3N_4/TiO_2光催化体系中,并计算得出·OH的贡献率为73.7%,表明·OH在降解中起到主要作用.     

Ag、N共掺杂TiO2漂浮型催化剂的光催化性能

采用溶胶-凝胶法,制备出银氮共掺杂TiO_2负载膨胀珍珠岩的催化剂,通过电子显微镜扫描(SEM)、比表面积及孔径分析(BET)和X射线衍射(XRD)对其结构进行表征,并以罗丹明B溶液为目标降解物,研究所制备催化剂的光催化性能。结果表明:复合材料成功负载了Ag和N元素,且掺杂增强了TiO_2对可见光的响应能力;复合材料存在少量的微孔和大孔,同时存在大量的介孔;掺杂氮后材料的光催化活性大幅度提高,继续掺杂Ag后光催化活性进一步提高,当n(Ag)∶n(Ti)=0. 50%时光催化性能最佳,4 h内处理罗丹明B降解率可达99. 3%,材料的光催化反应符合一级反应动力学方程,表明其在环境净化实际应用中的巨大潜力。     

TiO2/SBA-15介孔复合材料的制备及光催化性能研究

为增大半导体TiO_2的比表面积,进而提升其光催化性能,同时改善其不易回收的缺陷,该研究以价格便宜、来源广泛的钛铁矿为原料,具有高度有序介孔结构的SBA-15分子筛为载体,通过后合成水解法并调控不同的煅烧温度制得TiO_2/SBA-15复合材料,采用X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、比表面分析仪对样品进行表征。此外,在紫外光照射下,以甲基橙为模拟降解物,考察样品煅烧温度、光催化反应温度对催化效率的影响,对比TiO2/SBA-15复合材料与商用P25的催化效果,分析甲基橙溶液的矿化程度及催化剂的稳定性,并结合活性物种捕获实验提出TiO_2/SBA-15光催化降解甲基橙的机制。结果表明:煅烧温度对催化剂的晶型、比表面积和晶粒大小具有显著影响,煅烧温度为550℃时TiO2/SBA-15的比表面积高达386 m2/g,该催化剂在3 h内对甲基橙的降解率为85.1%,溶液矿化率达62.9%。TiO_2/SBA-15和商用P25光催化甲基橙均符合准一级反应,速率常数分别为0.633 1 h~(-1)和0.350 6 h~(-1),TiO_2/SBA-15复合材料有效提高了光催化活性并维持良好的稳定性。在该光催化体系中,h+和·O_2是起主导作用的活性物种,·OH的影响较小。     

光驱动CQDs/PCN催化活化过硫酸盐降解双酚A

以柠檬酸和尿素为原料制备了碳量子点(CQDs),并采用热聚合法将CQDs分散在聚合物氮化碳(PCN)纳米片的表面(CQDs/PCN).通过SEM、TEM、XRD等测试技术对所制备的材料进行表征,证明了CQDs成功负载在PCN上.在模拟太阳光的条件下,考察了CQDs/PCN光催化活化过硫酸盐(PDS)对双酚A(BPA)的光催化性能.结果表明BPA在10min时降解率达到99.99%,且重复使用4次后仍能去除85%以上的BPA,说明该材料具有良好的重复性与稳定性.自由基猝灭实验表明CQDs/PCN-PDS光催化过程主要通过超氧自由基(·O₂^ˉ)、单线态氧(¹O₂)和空穴(h⁺)的作用降解BPA,推测了CQDs/PCN-PDS光催化去除BPA可能的反应机理.此外,通过分析光催化氧化中间产物,提出了BPA可能的降解路径.本研究为BPA的快速、高效降解提供了可能性,也为BPA降解提供了一种新的思路.     

Fe~(3+)/TiO_2负载膨胀珍珠岩降解水和土壤中苯酚的研究

以膨胀珍珠岩(EP)作为载体,采用溶胶凝胶法对其进行Ti O_2、Fe3+-Ti O_2溶胶负载,制备出Ti O_2、Fe3+-Ti O_2表面修饰的膨胀珍珠岩材料(TEP、FTEP),通过SEM、TEM、XRD和FI-IR对其进行表征,实验室条件下模拟研究了EP、TEP、FTEP对水和土壤中苯酚的吸附降解效果。结果表明,450℃光催化材料为锐钛矿型,Fe3+掺杂有效提高了光催化性。本实验条件中,当达到最佳投加量时,水和土壤中的EP、FTEP、TEP对苯酚的降解率分别为23.40%、100%、100%和17.81%、66.75%、69.01%;在最适光照时间下,水和土壤中的EP、FTEP、TEP对苯酚的降解率依次为22.14%、100%、100%和17.64%、66.15%、67.51%。在实验浓度范围内,该光催化反应符合一级反应动力学方程。     

光催化技术在化学毒剂洗消领域的研究进展

在高效、广谱、环境友好的新型绿色洗消剂需求背景下,光催化技术逐渐脱颖而出,成为洗消技术研究的热点。特别是二氧化钛(TiO_2)光催化剂,已被用于降解包括化学毒剂在内的多类有机污染物。从20世纪90年代初至今,国内外针对TiO_2光催化消毒化学毒剂开展了大量研究工作,内容涉及材料制备与活性、消毒效果、反应机理与产物、催化剂失活与再生、应用研究等多个方面。该文对国内外相关研究成果进行了归纳和分析,并展望了今后开展的研究方向。