吸附相反应技术制备微弱光响应的多组分掺杂TiO2催化剂

利用弱光(紫外和可见)激发Ti O2光降解污染物是拓展多相光催化实际应用的关键之一.以吸附相反应技术为基础,利用N掺杂以及共掺杂两种方式制备多组分Ti O2光催化剂,并研究其在弱光下光降解甲基橙的过程.结合紫外可见漫反射光谱、X射线衍射、X射线电子能谱以及光致发光光谱等表征手段,探索焙烧温度、N掺杂量以及共掺杂对催化剂光吸收和可见光响应拓展的影响,进而研究弱光下催化剂活性的变化规律.结果发现,N掺杂可以显著增强催化剂的光吸收,从而显著提升其在弱紫外光下光降解甲基橙催化活性,所有N掺杂催化剂的活性均优于商用P25光催化剂.N掺杂对催化剂的可见光响应拓展作用不大,因而单一N掺杂后大部分催化剂在弱可见光下没有活性,仅5%N掺杂催化剂在900℃热处理后有微弱活性.N和Fe2O3二元耦合形成的共掺杂催化剂中,两者之间的协同作用既增强了复合光催化剂的光吸收,也显著拓展了催化剂的可见光响应,因而得到了在弱可见光下具有良好活性的复合光催化剂.     

g-C_3N_4/TiO_2复合光催化剂的制备及酸化改性

以偏钛酸和三聚氰胺为原料,经煅烧制备g-C_3N_4/TiO_2复合纳米光催化剂,研究不同原料配比、煅烧温度和升温速率等制备条件对其可见光催化性能的影响,并采用UV-Vis DRS、FT-IR、XRD、TEM和PL等方法对催化剂进行表征。在可见光条件下,用制备的复合催化剂降解亚甲基蓝,考察了催化剂酸化改性处理对亚甲基蓝光降解效率的影响。结果表明:当m(偏钛酸)∶m(三聚氰胺)为1∶4、煅烧温度为500℃、升温速率为10℃/min时,g-C_3N_4/TiO_2复合纳米材料对20 mg/L亚甲基蓝的可见光降解效率最高,其3 h时降解率可达99.64%。经酸化改性处理后的催化剂,其电子空穴复合率被有效降低,光催化性能得到提高。此外,光催化机理的研究表明,·O_2~-是降解过程中起主要作用的活性物质。     

硫化镉光催化降解活性染料的研究

以硫化镉为光催化剂,钨灯模拟可见光,研究了硫化镉对活性染料亚甲基蓝的光催化降解过程。考察了光照时间、催化剂用量、污染物的初始浓度、反应体系的pH值等对光催化过程的影响。结果表明,以钨灯为光源下,硫化镉能较好对亚甲基蓝进行降解。     

银系金属骨架化学物的制备及其性能研究

采用溶(水)剂热法制备银系金属骨架化合物材料,利用X-射线衍射分析化学组成,以罗丹明B和亚甲基蓝为模型污染物测定不同银含量样品的光催化降解性能,通过生长曲线、最小抑菌浓度和抑菌环测试抗菌性能。结果表明:制备的化合物材料纯度较高,无杂质; 0.2 g银系金属骨架化合物在可见光下的光催化活性最强,0.1 g金属骨架化合物对罗丹明B和亚甲基蓝溶液的降解率分别达到40%和82%;高浓度的化合物材料对大肠杆菌的抑制作用最强;在化合物浓度为62.50 mg/L的条件下,充足的反应时间可以完全抑制大肠杆菌生长。     

载银施氏矿物的制备及其对甲基橙的催化还原降解

采用硼氢化钠还原方法制备了不同载银量的银纳米粒子/施氏矿物复合催化剂（AgNPs/Sch）,利用扫描电镜（SEM）、X射线能谱（EDS）和X射线衍射（XRD）等测试方法对所制备催化剂的表面形貌、元素组成和物相组成进行了表征,证明了Ag成功负载于施氏矿物上.以甲基橙为目标污染物,硼氢化钠为还原剂,考察了不同载银量施氏矿物对甲基橙的催化降解性能,并探究了载银施氏矿物的投加量、硼氢化钠浓度、 甲基橙初始浓度、溶液初始pH等因素对甲基橙的催化还原降解效果的影响.结果表明,在甲基橙浓度为20 mg?L^-1、NaBH₄浓度为10 mmol?L^-1、初始pH=6条件下,反应90 min后,未载银的施氏矿物对甲基橙的降解率仅为7.5%,然而硝酸银添加量为0.10 g制备的AgNPs/Sch对甲基橙的降解率可达97.0%,该催化剂作为电子介质,能够将电子从还原剂（NaBH₄）转移到甲基橙中,进而加速甲基橙的降解.AgNPs/Sch在最佳的实验条件下5次循环性反应后,仍具有较高的催化稳定性.由此可见,载银施氏矿物作为一种新型的催化剂,在有机染料废水净化方面具有良好的应用前景.     

石墨烯/二氧化钛降解亚甲基蓝的研究

以钛酸丁酯和氧化石墨烯为前驱物,通过水热法制备石墨烯/二氧化钛(GR/TiO2)复合光催化剂。采用XRD、TEM和FT-IR等技术手段对GR/TiO2粉体的结构和形貌进行了表征。利用对亚甲基蓝光催化降解,考察了GR/TiO2的光催化降解能力,并研究了H2O2用量和p H等因素对光催化降解速率的影响。结果表明:复合催化剂中,TiO2为锐钛型晶体,粒径为25 nm左右,分散在薄纱状的石墨烯上;复合催化剂通过紫外光下光催化性能有所提高,对可见光产生响应,具有良好的稳定性;加入适量H2O2能提高反应速率,碱性条件下,对亚甲基蓝的降解效率更高。     

低温燃烧合成纳米Ni掺杂TiO2光催化剂的表征及活性研究

采用低温燃烧合成法制备了Ni掺杂TiO2光催化剂,通过紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、X射线粉末衍射(XRD)、激光散射、热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)等方法对催化剂的光吸收特性、晶相组成、粒度分布、升温过程中化学变化等进行了表征,以亚甲基蓝为模型污染物考察了催化剂在可见光下的光催化活性.结果表明,相对P25而言,Ni掺杂TiO2的光吸收带边红移,当Ni/Ti原子比为0.4时,催化剂的带隙宽度为2.3eV,对应的吸收带边为564nm;催化剂晶型以锐钛矿TiO2为主,随Ni掺杂量增大,NiTiO3比例升高;催化剂粒径主要分布在50～150nm之间,占总量的96.9%;升温过程中催化剂在445.2℃发生晶型转化,出现锐钛矿和NiTiO3晶体.催化剂显示出较高的催化活性,在可见光作用150min后最高可使93.9%的亚甲基蓝分解,活性高于P25.     

CuFeO2耦合过硫酸盐可见光催化降解过程及机理研究

采用水热合成法制备了CuFeO_2催化剂,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、比表面分析仪和紫外可见漫反射光谱(DRS)对CuFeO_2催化剂的晶体结构、表面形貌、组成元素、比表面积及禁带宽度等特性进行了表征分析.同时,以CuFeO_2为催化剂,加入过硫酸盐(PS),以模拟印染废水中的亚甲基蓝为目标污染物,在可见光照射下,耦合光催化技术与高级氧化技术,构建了CuFeO_2/PS/可见光(Vis)体系,并将其应用于降解亚甲基蓝染料废水.结果表明,与Cu_2O/PS/Vis、Fe_2O_3/PS/Vis体系相比,CuFeO_2/PS/Vis体系在同等条件下具有更好的降解效果.为探究该体系的最佳操作条件和适用的pH范围,系统地考察了催化剂投加量、PS投加量、pH值等因素对亚甲基蓝降解效果的影响.总有机碳含量(TOC)和重复实验表明,CuFeO_2可重复使用4次,该体系的降解效果基本不变,但矿化程度降低8.2%.电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)实验结果表明,反应结束后溶液中残存1.7 mg·L~(-1)Cu(占CuFeO_2投加总量的0.34%)和24.9μg·L~(-1)Fe(占CuFeO_2投加总量的0.05‰),推测其来自于CuFeO_2中金属离子的溶出.此外,对反应后的CuFeO_2进行XRD和SEM表征发现,其物相组成和形貌未明显变化,表明少量的金属溶解对材料稳定性的影响较小.结合自由基掩蔽实验和CuFeO_2能带结构分析发现,该体系良好的降解效果首先得益于耦合反应过程中产生的SO_4~-·,其次是·OH,另外,还有CuFeO_2受光激发产生的光生空穴及其表面键合的Cu(Ⅰ)/Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)氧化还原对的协同作用.     

上转光剂掺杂新型纳米TiO2催化剂的制备及利用可见光降解反应艳蓝KN-R染料的研究

合成了一种新型含有稀土金属Er的上转光剂,40CdF2·60BaF2·0.8Er2O3,此上转光剂在488 nm可见光的激发下,产生了5个波长均小于387 nm的上转换紫外发射峰.采用超声波分散的方法制备出了上转光剂掺杂的纳米TiO2可见光光催化剂.采用X射线衍射(XRD)及透射电镜(TEM)对催化剂进行了表征.以反应艳蓝KN-R为研究对象,研究了在(三基色灯下发出的)可见光的照射下该可见光光催化剂的催化降解性能,并与未掺杂纳米TiO2粉末的催化剂性能进行了对比.实验结果表明,作为掺杂成分的上转光剂可有效地将可见光转化为紫外光并被纳米TiO2粉末吸收利用,在可见光照射50 h后反应艳蓝KN-R降解率达74.36%,大大高于未掺杂纳米TiO2的降解率(23.10%).     

水钠锰矿光电催化降解亚甲基蓝及其机理研究

水钠锰矿在自然界分布广泛、容易制备、光谱响应宽,受到越来越多的关注并被应用于环境治理领域。该研究通过电沉积法高效快速制备了水钠锰矿电极,研究其在可见光下对亚甲基蓝的光催化降解效果,通过添加空穴(h+)捕获剂甲酸和羟基自由基(·OH)捕获剂异丙醇分析光催化降解机理。结果表明,通过X射线衍射(XRD)和拉曼光谱证实合成物质为水钠锰矿,并且无其他矿物结晶相。紫外可见漫反射吸收谱显示水钠锰矿电极可吸收300～700 nm的光。通过Tauc方程计算得水钠锰矿电极直接带隙为2.8 V,间接带隙为2.4 V。在1.0 V恒定电压下,黑暗中反应3.5 h后亚甲基蓝的吸附率为11.0%,而光照下亚甲基蓝的降解率为67.0%,并且12h后降解率可达98.5%。光照下亚甲基蓝的降解率显著提高,印证了水钠锰矿具有良好的表面光催化性质。分别向反应体系中添加0.7%的甲酸和1.0 mmol/L的异丙醇后,亚甲基蓝的降解率降低到47.7%和34.6%;经动力学计算得出甲酸对h+的淬灭率为35.944%,异丙醇对·OH的淬灭率为56.760%。通过加入捕获剂发现水钠锰矿主要通过光生h+和·OH对亚甲基蓝进行氧化降解作用,其中·OH的氧化作用强于h+。     

表面包覆TiO_2材料的制备及光催化降解染料废水

以介孔硅基分子筛SBA-15为载体,采用溶胶-凝胶法在SBA-15分子筛表面包覆TiO_2。制备了不同TiO_2含量的链状二维六方形介孔复合材料。采用电子显微镜扫描仪、X射线衍射仪、傅立叶红外光谱、紫外-固体漫反射等技术对复合材料进行表征。SEM结果表明样品具有良好的包覆效果,UV-Vis光谱结果表明样品具有较好的光吸收能力。XRD结果表明复合材料表面包覆的TiO_2为锐钛矿和金红石的混合晶型,随载体用量的增加TiO_2的粒径逐渐减小。以光催化降解亚甲基蓝为目标,研究复合材料在煅烧温度、载体用量、底物溶液初始浓度等影响因素下的光催化效果。考察复合材料的再生光催化活性。研究表明:介孔TiO_2复合材料相比于市售P-25有较高的光催化活性。复合材料可进行回收利用,并且其介孔结构牢固不易崩塌。     

Photocatalytic activity of Fe-doped CaTiO3 under UV-visible light

The photocatalytic degradation of methylene blue（MB） over Fe-doped CaTiO3 under UV-visible light was investigated. The as-prepared samples were characterized using X-ray diffraction（XRD）, scanning electron microscope（SEM） equipped with an energy dispersive spectrometer（EDS） system, Fourier transform infrared spectra（FT-IR）, and UV-visible diffuse reflectance spectroscopy（DRS）. The results show that the doping with Fe significantly promoted the light absorption ability of CaTiO3 in the visible light region. The Fe-doped CaTiO3 exhibited higher photocatalytic activity than CaTiO3 for the degradation of MB.However, the photocatalytic activity of the Fe-doped CaTiO3 was greatly influenced by the calcination temperature during the preparation process. The Fe-doped CaTiO3 prepared at500°C exhibited the best photocatalytic activity, with degradation of almost 100% MB（10 ppm）under UV-visible light for 180 min.     

改性微管氮化碳的制备及光催化性能

以三聚氰胺、固体亚磷酸H₃PO₃为原料,通过水热-煅烧法制备了不同质量比的磷掺杂且具有层状堆积结构的六方管状氮化碳（MTCN-x）,x为固体亚磷酸与三聚氰胺的质量比.采用X射线衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、比表面积分析仪（BET）、荧光光谱（PL）和紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）对最佳质量比X=1.2（MTCN-1.2）和不添加固体亚磷酸X=0（MTCN-0）催化剂形貌结构和光学性能进行了表征,结果表明,磷掺杂抑制了催化剂晶粒的生长,缩小了能带宽度,增加了可见光响应范围及可见光的利用率,有效的抑制了光生电子－空穴的复合,显著增强了光催化性能.通过光降解实验表明,MTCN-1.2在10min对抗生素环丙沙星（CIP）和四环素（TCL）的降解率分别为99.7%和97.8%,其反应速率常数分别是普通氮化碳（BCN）的10.5倍和6.8倍,表明改性的MTCN-1.2具有比MTCN-0、BCN更好的光催化降解性能.同时分别考察了溶液pH值、催化剂投加量、腐殖酸（HA）浓度等因素对光催化降解抗生素的影响,结果表明,CIP与TCL降解效果最佳的pH值分别为5和9.催化剂投加量的过高和HA浓度的升高,都会造成光催化效率的下降.自由基捕获实验证明,该催化体系降解过程中超氧自由基（·O^2-）和空穴（h⁺）占主导作用.     

微米SiC/石墨烯复合物光催化降解罗丹明B

为发展低耗和环境友好的有机物降解技术,采用光催化还原制备微米级碳化硅(SiC)/石墨烯复合材料,XRD、FTIR、Raman光谱、XPS和SEM等手段表征其物相组成和形貌结构,并以罗丹明B(RhB)为模拟污染物,研究了复合材料在可见光照射下的光催化活性和稳定性;通过活性物种捕获实验初步探讨了RhB的光催化降解机制.结果表明,SiC与石墨烯复合延长了光生电子和光生空穴的寿命,提高了材料的光催化活性与稳定性.当SiC/石墨烯配比为1∶0. 8时,光照60 min时RhB的降解率可以达到92. 7%,降解过程符合一级反应动力学方程.光催化降解RhB过程中,主要活性物种的贡献依次为:光生空穴(h⁺)>超氧阴离子自由基(·O₂^-)>光生电子(e^-)>羟基自由基(·OH).     

Cu2O@ZnO复合光催化剂对难生物降解有机物的光降解

通过改进的浸渍-还原-空气氧化法成功制备了Cu₂O@ZnO复合光催化剂,考察Cu₂O@ZnO对对硝基苯酚（PNP）和聚丙烯酰胺（PAM）2种不同化学结构污染物的光催化效果,同时探究了催化剂的稳定性和降解机制.结果表明,在模拟太阳光照射下,当铜锌物质的量比为0.15时,Cu₂O@ZnO复合光催化剂具有最佳的光催化降解性能,其中对硝基苯酚的光催化降解率为98.2%,聚丙烯酰胺光催化降解率为99.7%.基于X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、光致发光（PL）光谱、紫外-可见（UV-Vis）吸收光谱等表征手段可以推断,Cu₂O和ZnO形成Ⅱ型异质结,有效地抑制光生电子空穴对的复合.自由基捕获实验指出超氧自由基和空穴为主要活性物种,经过4次循环使用后光催化剂仍具有很高的光催化性能.     

Synthesis of novel CeO2-BiVO4/FAC composites with enhanced visible-light photocatalytic properties

To utilize visible light more effectively in photocatalytic reactions, a fly ash cenosphere （FAC）-supported CeO2-BiV04 （CeO2-BiVO4/FAC） composite photocatalyst was prepared by modified metalorganic decomposition and impregnation methods. The physical and photophysical properties of the composite have been characterized by X-ray diffraction （XRD）, scanning electron microscope （SEM） and energy dispersive X-ray spectroscopy （EDX）, X-ray photoelectron spectroscopy （XPS）, and UV-Visible diffuse reflectance spectra. The XRD patterns exhibited characteristic diffraction peaks of both BiVO4 and Ce02 crystalline phases. The XPS results showed that Ce was present as both Ce4＋ and Ce3＋ oxidation states in Ce02 and dispersed on the surface of BiV04 to constitute a p-n heterojunction composite. The absorption threshold of the CeO2-BiVO4/FAC composite shifted to a longer wavelength in the UV-Vis absorption spectrum compared to the pure Ce02 and pure BiV04. The composites exhibited enhanced photocatalytic activity for Methylene Blue （MB） degradation under visible light irradiation. It was found that the 7.5 wt.% CeO2-BiVO4/FAC composite showed the highest photocatalytic activity for MB dye wastewater treatment.     

TiO2/粉煤灰光催化降解双氯芬酸钠研究

以燃煤电厂外排的废弃物粉煤灰(CFA)为载体,采用混合泥浆法将TiO2负载在CFA的表面,得到一种新型的复合光催化剂TiO2/CFA.对TiO2/CFA进行了扫描电镜分析、X射线衍射分析和氮吸附测试,并以双氯芬酸钠的光催化降解为评价手段,研究了TiO2负载量对TiO2/CFA光催化性能及重复使用性能的影响.结果表明,TiO2负载量的增加有助于提高TiO2/CFA的光催化性能,但当TiO2负载量过高时,CFA上的TiO2在水处理过程中容易脱落,对TiO2/CFA光催化剂的重复使用性能不利.本研究中,最佳的TiO2负载量约为50%,循环使用6次,其光催化降解效率没有明显降低,双氯芬酸钠的降解率均可达70%以上.     

Solar photocatalytic decomposition of two azo dyes on multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs)/TiO2 composites

Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs)/TiO₂ composite photocatalysts with high photoactivity were prepared by sol-gel process and further characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared (FT-IR), and UV-vis absorption spectra. Compared to pure TiO₂, the combination of MWCNTs with titania could cause a significant absorption shift toward the visible region. The photocatalytic performances of the MWCNTs/TiO₂ composite catalysts were evaluated for the decomposition of Reactive light yellow K-6G (K-6G) and Mordant black 7 (MB 7) azo dyes solution under solar light irradiation. The results showed that the addition of MWCNTs enhanced the adsorption and photocatalytic activity of TiO₂ for the degradation of azo dyes K-6G and MB 7. The effect of MWCNTs content, catalyst dosage, pH, and initial dye concentration were examined as operational parameters. The kinetics of photocatalytic degradation of two dyes was found to follow a pseudo-first-order rate law. The photocatalyst was used for seven cycles with photocatalytic degradation efficiency still higher than 98%. A plausible mechanism is also proposed and discussed on the basis of experimental results.     

Simulated-sunlight-activated photocatalysis of Methylene Blue using cerium-doped SiO2/TiO2 nanostructured fibers

Cerium-doped SiO₂/TiO₂ nanostructured fibers were fabricated by electrospinning technology. The prepared fibers were characterized by thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). Using the fibers as catalysts, photocatalytic degradation of Methylene Blue (MB) aqueous solution was carried out under simulated sunlight. The 0.2% Ce doping proved to be the optimal concentration for the doping of TiO₂/SiO₂, compared to other Ce-doped molar concentrations. The 0.2% Ce-doped SiO₂/TiO₂ fibers exhibited higher photocatalytic activity than industrial Degussa P25 and the samples doped with only Ce or SiO₂. The reasons for improving the photocatalytic activity were also discussed. Several operational parameters were studied, which showed that the photocatalytic efficiency of MB was influenced by parameters such as the initial dye concentration, the initial pH, inorganic anions, and so on. In addition, the influences of an electron acceptor and a radical scavenger suggested that OH was the dominant photooxidant during the photocatalytic process. The reuse evaluation of the fibers indicated that their photocatalytic activity had good stability.     

Fabrication and photoelectrocatalytic properties of nanocrystalline monoclinic BiVO4 thin-film electrode

Monoclinic bismuth vanadate(BiVO4) thin film was fabricated on indium-tin oxide glass from an amorphous heteronuclear complex via dip-coating.After annealation at 400,500,and 600°C,the thin films were characterized by X-ray diffraction,field emission scanning electron microscopy,X-ray photoelectron spectroscopy,and UV-Vis spectrophotometry.The BiVO4 particles on the ITO glass surface had a monoclinic structure.The UV-Visible diffuse reflection spectra showed the BiVO4 thin film had photoabsorption propertie...