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。     

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。     

Ce掺杂的CNTs-TiO2光催化剂制备及其NO氧化性能

为探讨湿法脱硫后光催化在烟气脱硝方面的应用潜力,采用溶胶-凝胶法制备了金属、非金属掺杂的CNTs-TiO_2复合光催化剂,并在模拟烟气条件下对所得催化剂的NO氧化性能进行了测试与对比筛选,通过SEM、BET、XRD、Raman、XPS、DRS等手段进行表征。结果表明:TiO_2的氧化效率最低,掺杂金属比掺杂非金属的光催化剂的氧化效率略高,复合CNTs的光催化剂的氧化效率明显提高;CNTs-Ce/TiO_2比表面积较大,Ti—O键长最短,从而有利于光生电子沿Ti—O键向CNTs转移,可形成更多的三价铈氧化物,有利于催化剂表面的氧吸附;带隙宽度较低以及极大的紫外光吸光度,在NO氧化性能测试中表现出最优异的脱除效率,与TiO_2相比,效率提升了19%,与CNTs-TiO_2相比,效率提升了13%。进一步分析可知:Ce和CNTs具有协同作用,Ce掺杂TiO_2可以有效抑制光生载流子的结合,从而提高光催化活性;复合CNTs提高了催化剂比表面积并促进了氧空位的形成,从而促进整个催化氧化反应。     

La~(3+)/TiO_2中空微球的制备及模型汽油光催化氧化脱硫性能

以碳球为模板,Ti(SO_4)_2和La(NO_3)_3为原料,采用分段水热法制备了La~(3+)/TiO_2中空微球前驱体,在O_2气氛下,450℃煅烧得到La~(3+)/TiO_2中空微球。利用XRD、SEM、XPS和UV-vis等测试手段对其相组成,形貌和光吸收特性进行了表征与分析。通过噻吩模拟含硫污染物研究了其光催化氧化脱硫性能和光催化氧化反应机制。结果表明:分段水热法合成的La~(3+)/TiO_2中空微球光催化性能优于P25,促进了光生电子和空穴的分离,并将光响应范围扩展到可见光区;可见光照射210 min,模型汽油中含硫污染物的脱除率可达91.45%,实现了深度脱硫。     

Cu_xTi_((1-x))O_2光催化降解硝基苯的性能及最优铜掺杂工艺

为增强TiO_2光催化降解硝基苯的性能,采用溶胶-凝胶方法进行TiO_2的铜掺杂改性,并通过性能表征与分析确定最优铜掺杂量。XRD、FESEM与Jade分析得出,所制备的1.0%、1.5%、2.0%和2.5%Cu-TiO_2在各项指标优于德国P25-TiO_2,晶粒尺寸20~50 nm,其中1.5%摩尔比Cu-TiO_2的XRD峰值最高和结晶度最好,且团聚现象较弱,且晶粒尺寸小于P25。结合铜掺杂结构、微应力变化以及对硝基苯的降解性能,采用1.5%摩尔比Cu-TiO_2光照180 min对硝基苯降解效率最优,是P25-TiO_2降解性能的2倍,且遵循拟一级反应动力学。EDS与降解实验联合得出最优降解硝基苯的铜掺杂TiO_2式为Cu_(0.0183_Ti_(0.9817)O_2。模拟含硝基苯废水中C和N元素浓度的变化规律,显示Cu_(0.0183)Ti_(0.9817)O_2降解硝基苯存在苯环被矿化生成CO_2和NO_2-键断裂等反应过程。     

Mn改性活性炭吸附VOCs性能

采用浸渍焙烧法对活性炭进行负载锰(Mn)改性,考察改性活性炭对甲苯、乙酸乙酯及甲苯-乙酸乙酯二元混合气体的吸附性能.研究表明,活性炭浸渍于1.0％高锰酸钾溶液改性后的吸附性能最好.对于单组分VOCs气体,改性后活性炭对甲苯和乙酸乙酯的吸附量较未改性前分别提高了12.7％和16.3％;对于二元混合VOCs气体,改性后活性炭对甲苯及乙酸乙酯的吸附量分别提高了13.1％和22.9％.BET、SEM、FTIR等分析表明,Mn改性活性炭比表面积变大和总孔容增加是改性后吸附量提高的主要原因.     

BiOBr掺杂TiO2纳米管阵列光催化降解水中微量双酚A的性能及机理

针对光催化降解水中微量双酚A存在的可见光利用率低、载流子复合效率高和催化剂回收难等问题,本研究采用阳极氧化法和循环浸渍法在钛片上原位制备了BiOBr/TiO₂纳米管阵列(BiOBr/TNTAs)复合光催化剂,使用SEM、XRD和XPS等分析方法对催化剂的形貌和结构进行了表征。结果表明,片层状的BiOBr均匀负载在TNTAs表面,形成了稳定的异质结结构。BiOBr/TNTAs在可见光下对水中微量双酚A的去除率和矿化率明显高于TNTAs,且表现出优异的光催化稳定性。水体中共存的各种阴离子和腐殖酸等会通过竞争活性位点或作为自由基清除剂影响双酚A的去除效果。自由基淬灭结果表明,·OH和h⁺是BiOBr/TNTAs光催化降解双酚A的主要活性物种。光催化活性增强主要归因于BiOBr和TNTAs间p-n异质结的形成,可有效拓展TNTAs的光谱响应范围,从而提高光生电子-空穴的分离效率。     

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。     

TiO2/石墨烯应用于Cr (Ⅵ) 和苯酚复合体系的光催化研究

以溶胶凝胶法制备的TiO_2/石墨烯复合材料为光催化剂,对Cr(Ⅵ)和苯酚的复合体系进行光催化实验。考察了污染物浓度、反应气态氛围、光照时间等因素对光催化效果的影响。结果表明,Cr(Ⅵ)和苯酚的去除率均随光照时间的延长而提高。苯酚质量浓度为0～150mg/L时,Cr(Ⅵ)的去除率随着苯酚浓度的增大而升高,当苯酚质量浓度为150mg/L时,Cr(Ⅵ)的最终去除率可达到100.0%;而Cr(Ⅵ)质量浓度为0～50mg/L时,苯酚的光催化氧化去除率随Cr(Ⅵ)浓度的增大先升高后降低,当Cr(Ⅵ)质量浓度为15mg/L时,苯酚的最终去除率最高,为92.2%。综合考虑,空气为最佳气态氛围。Cr(Ⅵ)和苯酚的光催化去除反应均符合一级反应动力学规律。Cr(Ⅵ)和苯酚的光催化协同去除机理为:在光照射下,TiO_2被激发产生光生电子和光生空穴,Cr(Ⅵ)被光生电子还原成Cr(Ⅲ),苯酚主要被光生空穴氧化,光生电子和光生空穴的复合被阻止起到了协同促进作用。     

微乳法制备Fe-TiO_2纳米晶复合体及光催化性能

采用微乳法制备铁掺杂TiO2纳米晶（Fe-TiO2）复合体,通过热重-差热（TG-DTA）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和紫外漫反射光谱（DRS）等对其结构和形态进行表征;以亚甲基蓝溶液（MB）为标准模拟降解物,对Fe-TiO2,纯TiO2和P25光催化降解性能进行评价。结果表明,Fe-TiO2的光催化活性明显〉P25,原因是Fe掺杂不仅能抑制TiO2晶粒生长,提高TiO2的热稳定性和比表面积,而且能够拓展TiO2的吸收波长范围至可见光区,提高了Ti3＋离子浓度,降低了光生载流子的复合几率。     

石墨相氮化碳的制备及光催化降解罗丹明B

研究了不同前驱体组合对制备光催化剂的影响,通过X-射线衍射分析、红外光谱分析、氮气吸附-脱附等温曲线、光学性质分析和紫外-可见漫反射等方法,对光催化剂性质进行表征。结果表明:以质量比为1∶1的C_2H_4N_4/CON_2H_4组合前驱体制备的光催化剂表现出结晶度好、光生载流子分离效率高、催化剂性能稳定等特点;C_2H_4N_4/CON_2H_4组合前驱体制备的g-C_3N_4光催化反应180 min后对RhB的去除率最高;通过添加异丙醇、苯醌和EDTA对光催化过程中产生的活性物质进行分析发现,超氧自由基和空穴是降解RhB的主要活性物质。     

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。     

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。     

Mn-Ce复合氧化物微球的制备及其催化氧化甲苯性能

为了开发高效稳定、具有低温活性的降解VOCs催化材料,采用传统水热法制备了一系列不同锰铈比的催化剂(MnO_2、Mn_(0.95)Ce_(0.05)O_x、Mn_(0.90)Ce_(0.10)O_x、Mn_(0.80)Ce_(0.20)O_x及Mn_(0.60)Ce_(0.40)O_x),利用SEM、BET、XRD、H_2-TPR、O_2-TPD、拉曼光谱等技术对催化剂的物理化学性质进行了表征分析,同时考察了其对甲苯的催化氧化活性。结果表明:通过简单的水热合成法合成出的Mn-Ce复合氧化物均为微球,但Ce的加入使得微球催化剂表面的纳米针消失,变为光滑的微球体;而不同的催化剂在氧化甲苯时呈现不同的催化氧化性能,其中Mn_(0.80)Ce_(0.20)O_x具有最佳的甲苯氧化性能,这是由于其具有较强的氧化还原性能、较高的化学吸附氧含量及存在Mn-Ce固溶体。因此,通过控制催化剂中Ce含量,可调控催化剂的形貌和物理化学特性,从而使Mn-Ce复合氧化物在甲苯催化氧化中展现出优异的催化性能。研究结果为新型高效降解VOCs催化材料的设计和开发提供了新思路。     

纳米复合ZnO-TiO2晶体的制备及其光电催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了纳米复合半导体ZnO-TiO2薄膜,并进行了结构和光电催化性能的测试.TiO2薄膜对五氯酚溶液的光电催化降解结果表明当输入正向偏压后,其光催化性能有较大提高.由于ZnO的掺入,半导体薄膜电极的光吸收能力增强;同时,Zn2+可能作为光生载流子的浅俘获中心,导致表面界面电荷转移加速,从而延长光生电子/空穴对的寿命并抑制其复合,有效地提高了TiO2薄膜光电催化活性.     

气体循环条件下等离子体催化氧化吸附态的苯和甲苯

在气体循环条件下以MnO_x-AgO_x/γ-Al_2O_3为吸附剂兼催化剂研究了低温等离子体催化氧化吸附态的苯和甲苯,并对催化剂进行了BET和XRD表征。结果表明:气体循环条件下等离子体催化氧化技术同样适用于吸附态的双组分苯与甲苯的降解并且C0_x产率和C0_2选择性不比降解单组分苯或甲苯时的低。气体循环放电90 min后,与γ-Al_2O_3相比,引入Mn0_x-AgO_x/γ-A1_2O_3、COO_x-CeO_x/γ-Al_2O_3后,CO_x产率分别提高了9%、12%;C0_2选择性也得到了提高并都接近100%;臭氧浓度分别减少了51%、39%;N_20浓度相应也降低了26%和38%。最后结合实验结果讨论了引入催化剂后反应机理的变化。     

光还原法制备Ag/TiO_2催化剂及光催化性能

采用光还原法制备了Ag/TiO_2催化剂,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、场发射透射电子显微镜(TEM)、N_2吸附-脱附(BET)和X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对催化剂自身结构、形貌和孔结构等性质进行表征,并研究其对亚甲基蓝的光催化性能。结果表明,Ag的沉积能够大幅提高催化剂的光响应度,大大提高光催化活性。当Ag的摩尔分数为3%时,在可见光照射90 min后,催化剂对亚甲基蓝的脱色率达到78.52%。     

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。     

WO3-MnOx/TiO2-ZrO2催化剂脱汞性能研究

在溶胶-凝胶法制备MnO_x/TiO_2-ZrO_2催化剂的基础上采用分步浸渍法制备WO_3-MnO_x/TiO_2-ZrO_2系列催化剂,通过BET比表面积检测法、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)等表征手段对该催化剂微观结构及氧化还原性能进行了相关的表征检测,并通过气固催化床对催化剂氧化脱除Hg~0的性能进行了检测。结果表明,在WO_3、MnO_x负载量分别为7%(质量分数,下同)、5%和TiO_2与ZrO_2摩尔比2∶1的条件下,制备的催化剂比表面积、孔容分别达到161.73m~2/g、0.031 7mL/g,该结构有利于Hg~0吸附,同时无定形MnO_2及Mn_2O_3的负载提升了催化剂的氧化性能,相对于MnO_x/TiO_2-ZrO_2催化剂在200～400℃具有较高的脱汞效率,在SO_2质量浓度小于1 200mg/m~3时,其抗H_2O、抗SO_2性较好。     

分子筛改性及其在高湿条件下对甲苯的吸附

为提高分子筛在含水条件下对VOCs的吸附性能,采用表面修饰方法选取三甲基氯硅烷(TMCS)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、六甲基二硅胺烷(HMDS)等3种不同硅烷试剂对强亲水性的商业Na Y分子筛进行改性,对比测试了在干燥和较高湿度条件下样品对甲苯的动态吸附性能。样品表征结果表明,硅烷化改性后分子筛骨架结构未发生明显改变,表面积和孔径均有所减小。采用上述3种试剂改性后,样品的静态水接触角从0依次增加为69.2°、45.2°和19.0°,憎水性明显提高。在甲苯初始浓度为4 500 mg·m~(-3),相对湿度为80%的固定床实验条件下,改性分子筛对甲苯的吸附量分别增加了78%、73%和34%。