介孔二氧化钛/导电碳毡光电极制备及其苯甲醛降解机理分析

基于表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵为液晶模板,以四氯化钛为钛源,导电碳毡为载体,通过超声波辅助水热法(ultrasound-assisted hydrothermal method,UH)制备介孔二氧化钛/导电碳毡复合体材料(mesoporous titania/conductive carbon felt,MPT/CCF)(UH-MPT/CCF),为了探讨其结构与光电催化活性,直接采用水热法制备介孔二氧化钛/导电碳毡(H-MPT/CCF)和无孔二氧化钛/导电碳毡(no porous titania/conductive carbon felt,NPT/CCF)复合体材料,利用XRD、XPS、SEM、TEM、TG-DTA、N2吸附-脱附等方法对样品结构进行表征,以气相苯甲醛为目标降解物,研究UH-MPT/CCF的光电催化性能及其对气相苯甲醛的降解机理。结果表明,UH-MPT/CCF材料通过介孔化增加了活性中心(·OH和Ti3+),通过CCF的负载提高了对目标降解物的吸附富集,通过偏电压促进光生电子-空穴对的分离,在这三方的协同作用下UH-MPT/CCF对苯甲醛在100 min内降解率为83.9%,分别是H-MPT/CCF、NPT/CCF和P25/CCF的1.38、1.75和2.38倍。气相苯甲醛光电催化降解产生的主要中间产物是苯、1,3-己二烯-5-炔,以及少量的3,3,5-三甲基环己烯、2,3-二甲基-1,3-庚二烯、3-甲基-3-环己烯-1-醇等。根据GC/MS分析结果,进一步提出了气相苯甲醛的降解机理。     

掺杂纳米Bi2 WO6的水热合成及其光催化性能研究

采用水热法合成了掺杂纳米Bi2WO6,以罗丹明B为目标降解物,研究了样品在可见光下的光催化性能.采用XRD测试了合成样品的晶体结构,采用BET法测试了合成样品的比表面积,实验结果表明适当浓度的Pb2 、Sr3 和Zr4 离子对纳米Bi2WO6的掺杂均能提高其催化性能,其中掺杂Pb2 、Zr4 更有效,且Pb2 在1%掺杂时效果最好,Zr2 在0.5%掺杂时效果最好.而且,光催化剂在光催化过程中性能稳定,不产生光腐蚀,并具有一定的吸附性能.     

高比表面CuO/SiO2杂化材料的制备及其催化苯酚降解性能

研究了以聚乙二醇为模板剂、采用正硅酸乙酯(TEOS)为硅源制备掺杂铜的多孔SiO2的方法。开发了一步完成多孔材料制备和掺杂的新工艺。研究了不同的铜元素掺杂量对样品性能的影响。采用低温氮吸附、扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等方法表征了样品的比表面、孔结构和表面基团等信息。研究了所制备的多孔材料和H2O2共同降解水中苯酚的能力,探索了H2O2用量、初始pH等条件对降解效果的影响,研究发现负载铜的催化剂可以在很宽的pH范围内和H2O2协同使用,这可能是因为铜元素被牢固负载于多孔SiO2上,避免了金属离子在高pH下的沉淀反应。     

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。     

废旧碱性电池-活性污泥炭的制备及对废水中Cd~(2+)的吸附

以污水厂污泥为主要原料,掺杂不同量的废旧碱性电池电极材料,采用ZnCl_2活化法制备出废旧碱性电池-活性污泥炭,表征分析污泥炭样品的碘吸附值、BET、FT-IR、SEM-EDX、XRD和Zeta电位,并进行污泥炭Cd~(2+)吸附实验。结果表明,电池材料掺杂量为25%时,改性污泥炭吸附性能最优,碘吸附值和比表面积分别达到543.0 mg·g~(-1)和426.5 m~2·g~(-1),中孔孔径集中在3~4 nm左右,Zeta电位为-16.30 m V;对比纯污泥炭,废电池-污泥炭吸附金属离子性能更优,Cd~(2+)吸附量增加了近60%,而ZnCl_2活化剂用量减少了40%;回归分析发现,准二级动力学和Langmuir等温方程式适用于描述废电池-污泥炭对Cd~(2+)的吸附行为。     

掺杂纳米Bi2WO6的水热合成及其光催化性能研究

采用水热法合成了掺杂纳米Bi₂WO₆,以罗丹明B为目标降解物,研究了样品在可见光下的光催化性能。采用XRD测试了合成样品的晶体结构,采用BET法测试了合成样品的比表面积,实验结果表明适当浓度的Pb²⁺、Sr³⁺和Zr⁴⁺离子对纳米Bi2WO6的掺杂均能提高其催化性能,其中掺杂Pb²⁺、Zr⁴⁺更有效,且Pb²⁺在1%掺杂时效果最好,Zr⁴⁺在0.5%掺杂时效果最好。而且,光催化剂在光催化过程中性能稳定,不产生光腐蚀,并具有一定的吸附性能。     

Cu_2O/Bi_2MoO_6光催化剂的制备、表征与性质研究

通过溶剂热法成功合成了一系列不同掺杂比的Cu2O/Bi2MoO6复合纳米光催化剂,利用X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)光谱、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外—可见漫反射光谱(DRS)等手段对所得产物进行表征。以染料结晶紫为模拟污染物,研究了所合成产物的光催化性能。结果表明,Cu、Mo摩尔比为0.08的复合纳米光催化剂的光催化效率最高,可见光照射100min对结晶紫溶液的降解率可达95.60%。此外,探讨了Cu2O掺杂量对光催化剂性能的影响,提出了可能的光催化反应机制。     

Cu/Co共掺杂氮化碳复合材料光-芬顿降解罗丹明B(RhB)

针对金属-非金属复合材料制备条件苛刻、金属离子溶出较高的问题,通过简单的浸渍法和热缩聚法制备了钴、铜共掺杂石墨相氮化碳复合材料。以罗丹明B (RhB)为污染物,研究了催化剂在模拟太阳光下活化H₂O₂降解RhB的性能。通过XRD、FTIR、XPS和BET等手段,表征分析了催化剂的物化性质,考察了催化剂用量、H₂O₂浓度、溶液初始pH以及共存无机阴离子对催化剂活化性能的影响。结果表明,Co、Cu以Co—N、Cu—N键的形式稳定存在于复合材料中,限制了钴、铜金属离子的溶出。当CuCN与CoCN的质量比为0.1,得到的复合材料Cu/CoCN(0.1)催化性能最佳。Cu/CoCN(0.1)在初始pH=5.0～12.0内均表现出良好的催化活性。当Cu/CoCN(0.1)和H₂O₂的用量分别为0.25 g·L^-1和20 mmol·L^-1时,10 min对RhB的降解率达到96.5%。H₂PO_4<...     

磷钨酸/二氧化钛光催化降解酸性大红3R催化效能研究

采用溶胶-凝胶法制备了磷钨酸(PW_(12))掺杂二氧化钛(TiO_2)纳米粉末光催化剂(PW_(12)/TiO_2),催化降解偶氮染料酸性大红3R,并运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对催化剂进行表征。通过单因素实验、紫外光谱分析与催化效能分析,对PW_(12)/TiO_2的最优催化条件及催化效能机制进行了研究。结果表明:PW_(12)掺杂TiO_2后,两者表现为协同促进作用,催化效果优于两者单独催化;当PW_(12)/TiO_2在最优催化条件时,即PW_(12)与TiO_2质量比为0.46,PW_(12)/TiO_2投加量为0.20g/L,pH=3,酸性大红3R溶液质量浓度为100mg/L时,其脱色率达到97.0%;紫外光谱分析表明,催化过程中,特征峰出现蓝移,偶氮双键发生破裂,是导致溶液脱色的原因;动力学研究表明,PW_(12)/TiO_2催化反应表现为一级反应。     

溶胶-凝胶法制备稀土Gd掺杂SnO2电催化电极的实验研究

本实验采用溶胶-凝胶法,以无机盐SnCl4·5H2O、Sb2O3、Gd(NO3)3为前驱体,制备稀土(Gd)掺杂Sn、Sb溶胶,以钛电极为基材利用该溶胶制备稀土(Gd)掺杂SnO2涂层电极.优化了溶胶-凝胶法制备稀土Gd掺杂SnO2涂层电极的实验条件,研究了在不同加水量、柠檬酸量、pH值等条件下所制备的电极以苯酚为目标有机物的电化学降解特性,对所获得的电极进行了TOC测试及SEM、XRD和XPS等表征,分析并讨论了稀土掺杂对SnO2电极性能的影响机理.结果表明,溶胶-凝胶法制备稀土掺杂SnO2涂层电极是可行的,稀土Gd的掺杂有利于SnO2电极电催化性能的提高,而且不同的加水量、柠檬酸量、pH值对电极性能有一定的影响.本实验条件下,加水量(水与前驱体总量摩尔比)R为36、柠檬酸加入量(柠檬酸与前驱体总量之摩尔比)N为1.0、溶胶pH值为2时所制备的电极降解效果最好,电极最稳定.所获得的电极为纳米涂层电极,其表面涂层中SnO2、Gd2O3等催化活性物质的含量均较高,对苯酚的降解有较好的效果.     

外负载Ce-TiO2/活性炭复合体对亚甲基蓝光催化

用超临界流体沉积法处理过的活性炭(AC)为载体,钛酸丁酯为前驱物,硝酸铈为掺杂剂,乙醇为溶剂,制备了外负载TiO2-Ce/Csurf复合材料。在紫外灯照射下,以亚甲基蓝溶液为标准模拟降解物,研究了复合体不同热处理温度、不同浓度、不同亚甲基蓝浓度、不同铈掺杂量以及不同反应温度对光催化性能的影响。结果表明:外负载催化剂的催化性能要高于纯TiO2和体负载催化剂。铈离子掺杂能抑制TiO2晶粒生长,阻碍了TiO2由锐钛矿型向金红石型的转变。当铈离子掺杂量为1.5%,热处理温度为600℃,亚甲基蓝溶液初始浓度为5.5 mg/L,样品浓度为1.5 g/L时,光催化性能最好。     

Fenton氧化水中间氯硝基苯的动力学与机制研究

结合Fenton氧化反应动力学模型研究了Fenton氧化水中间氯硝基苯(m-ClNB)的影响因素和降解机制.结果表明:(1)反应初始pH、H2O2浓度、Fe2+浓度、污染物初始浓度和反应温度对m-ClNB的降解均有明显影响.在反应初始pH为3.5、m-ClNB初始摩尔浓度为0.444mmol/L、H2O2摩尔浓度为21.55mmol/L、Fe2+摩尔浓度为0.054mmol/L、反应温度为(25土1)℃的条件下,m-ClNB的去除效果较好.(2)建立了Fenton氧化m-ClNB的准一级反应动力学模型,且m-ClNB的降解与该模型拟合良好.基于不同反应温度时的准一级反应速率常数(kap),得到了m-ClNB降解的阿累尼乌斯公式,且活化能为36.51kJ/mol.(3)气相色谱(GC)/质谱(MS)和高效液相色谱(HPLC)/MS分析表明,Fenton氧化m-ClNB的主要产物有4-氯-2-硝基苯酚及其同分异构体、羟基乙酸、草酸、丁二酸、丙二酸、6-氯己酸、乙醛酸、2,2-二羟基丙二酸和2-乙基丙二酸等.     

氮掺杂碳催化剂活化过一硫酸盐的活性位点分析及其对双酚A的降解机制

为了探究氮掺杂碳催化剂中不同类型缺陷点位在活化过一硫酸盐((PMS))时的反应活性,以碳黑和二氰二胺混合物为前驱体,通过热解得到了一系列不同氮掺杂量的碳催化剂(CN_x),并对所制备催化剂的缺陷度、化学组分以及PMS活化性能进行了研究。结果表明,增加碳催化剂中的高活性氮杂质缺陷点位可有效促进催化剂的PMS活化性能;不同本征缺陷点位对PMS活化性能也表现出显著差异。活性物种淬灭实验、顺磁共振分析和电化学分析等结果表明,CN_x/PMS体系对双酚A(BPA)的降解过程遵循以单线态氧(¹O₂)为主导的非自由基途径,催化剂表面的电子传递机制也有一定贡献。以上研究结果可为识别氮掺杂碳催化剂中的活性点位和高活性催化剂的定向合成提供参考。     

纳米片自组装原位N掺杂(BiO)2CO3分级微球的可控合成及其优异可见光催化性能

以二氰二胺和柠檬酸铋为原料,采用一步水热法合成原位N掺杂(BiO)2CO3纳米片自组装分等级微球结构。采用XRD、SEM、XPS、FT-IR、UV-Vis DRS和PL等对合成的材料进行表征,结果表明,不同二氰二胺加入量会对(BiO)2CO3的形貌结构、禁带宽度以及电子-空穴复合率产生显著影响。二氰二胺在水热过程水解柠檬酸铋,同时N原子原位掺杂进入(BiO)2CO3晶格。N掺杂使(BiO)2CO3的光响应范围大幅拓展至可见光,通过价带XPS获得了掺杂N元素减小(BiO)2CO3禁带宽度的证据。在可见光照射下,原位N掺杂(BiO)2CO3分等级微球结构表现出对液相罗丹明B和气相NO优异的可见光催化降解活性,高于N掺杂TiO2和C掺杂TiO2。研究结果对拓展N掺杂作用向非TiO2体系的转变具有重要意义。     

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。     

金属离子对菌株JY01生长和苯酚降解性能的影响研究

金属可能通过生理和生态两方面对微生物的苯酚降解过程产生重要影响.为了提高芽孢杆菌Bacillus sp.JY01(以下称菌株JY01)的苯酚降解效率,探讨了6种金属离子(Ba2+、Cu2+、Co2+、Fe3、Zn2+、pb2+)对其生长和苯酚降解性能的影响.结果表明,在质量分数为0.001％～0.050％时,Cu2+、Zn2+、Co2、Fe3+、Ba2+、pb2+对菌株JY01的生长和苯酚降解均有抑制作用,并且抑制作用总体随金属离子浓度的升高而增强,当6种金属的质量分数分别达到0.005％时,菌株JY01对苯酚的降解能力为Ba2+ ＜Cu2+ ＜Co2+ ＜Fe3+ ＜Zn2+ ＜pb2+;金属离子通过影响菌株JY01的生长状况来影响其苯酚降解性能;很多金属离子对菌株JY01生长有明显抑制作用,因此在实际生物处理含苯酚废水时,要考虑废水中金属离子对降解菌生长状况的影响.     

铋酸钠基环境复合催化材料的制备及降解壬基酚的研究

高级氧化技术是重要的水处理技术之一。以铁掺杂NaBiO3为基础催化剂,通过和氧化石墨烯负载,制备出一种石墨烯-铁-铋酸钠基复合催化剂(记为G-Fe-NaBiO3)。并选取环境激素壬基酚(NP)为底物,研究了G-Fe-NaBiO3可见光-类Fenton催化氧化降解NP的动力学过程,探究了催化剂用量、过氧化氢浓度、pH等对NP降解效果的影响。结果表示,过氧化氢为15mmol/L,催化剂用量为0.8g/L,pH为6,温度为25℃时,对NP的降解率高达99%。本研究可为水体中痕量有机污染物的降解提供一定的理论参考。     

超声-浸渍法制备污泥负载型高效非均相Fenton催化剂及其催化性能

基于简易的超声-浸渍法将铁元素成功掺杂于污泥载体上,得到了一种高效稳定的非均相Fenton催化剂,并运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP)和傅立叶变化红外光谱(FT-IR)等对合成催化剂的结构和性能等进行表征,探究了所制备催化剂对亚甲基蓝(MB)模拟废水的降解行为。结果表明,以脱水污泥为载体,可快速有效将铁元素掺杂于污泥中,并主要以Fe_2O_3的形式存在,且负载铁元素和载体形成了Fe—O、Fe—O—H和Si—O—Fe等化学键,保证催化剂的稳定性。对50mg/L MB的降解实验表明,在初始pH为4、催化剂用量为0.6g/L、H_2O_2投加量为5mL/L的最优实验条件下,反应120min后对MB的降解率可达99.8%,并且循环实验5次仍能保持较好的催化性能。同时阐明了非均相Fenton催化体系对MB可能的降解机理。     

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。     

TiO_2微球光催化降解腐植酸钠

以阳离子交换树脂为模板,采用溶胶-凝胶法以四氯化钛为原料制备TiO2微球,采用XRD,FTIR,SEM对样品进行了表征。微球中主要组分是锐钛矿型TiO2,同时掺杂有少量Na＋,SO24-等离子,比TiO2粉末具有更好的光催化性能,具备重复使用的能力,使用寿命较长,可作为一种有实用价值的光催化剂。在300 W高压汞灯下采用二氧化钛微球催化降解腐植酸钠,分析了催化剂投加量和反应时间对降解率的影响。腐植酸钠的光催化降解实验结果表明：初始浓度为10 mg/L的腐植酸钠在碱性条件,催化剂投加量为2.5 g/L,反应时间为3 h时最为适宜,最大降解率可达到96.51%。