Visible light responsive N-F-codoped TiO2 photocatalysts for the degradation of 4-chlorophenol

Visible light responsive N-F-codoped TiO₂ photocatalysts exhibit a higher catalytic activity than N-doped TiO₂ for the degradation of 4-chlorophenol due to the synergistic effect of nonmetal elements.     

TiO2光催化氧化苯酚动力学研究

以中压汞灯为光源,研究了苯酚在ＴｉＯ２水悬浮液中降解动力学,考察了苯酚在起始浓度,气相氧浓度,催化剂投加量（ＴｉＯ２）光强度以及催化剂煅烧温度对苯酚光解速率的影响,揭示了苯酚多相光催化氧化反应的特点,反应过程符合表现一级动力学规律,气相氧的影响为一级,苯酚初始浓度的影响为负一级,在一定光强度下,催化剂的投加量存在一最值值,说明有效光强度,气相氧以及催化剂投加量是光催化氧化反应的关键因素,适当地热处     

溴代甲烷在SO42-/TiO2上的光催化降解

采用溶胶-凝胶法制备了SO₄^2-/TiO₂催化剂,运用XRD、BET比表面测定,FTIR等技术对催化剂进行了表征,并在微型常压连续反应装置上进行CH₃Br光催化反应性能考察.结果表明,SO₄^2-引入TiO₂体系使得催化剂的结构和光催化性能得到显著改善.SO₄^2-负载量为9%,烧结温度为450℃时,SO₄^2-/TiO₂催化剂的光催化活性最高;SO₄^2-/TiO₂催化剂对反应物料中的水汽有很好的耐受性;当反应温度低于85℃时,提高反应温度,有利于改善对CH₃Br的光催化反应活性,表观活化能约为19.6kJ·mol^-1,反应温度在85℃～105℃区间时,CH3Br的光催化降解表观活化能为0.     

TiO2光催化联合技术降解苯酚机制及动力学

主要研究了TiO2光催化体系结合H2O2或外加电催化(EC)体系对苯酚催化降解效率的影响,评价比较TiO2/UV、H2O2/UV、TiO2/UV/H2O2、TiO2/UV/EC体系下苯酚降解机制及动力学.结果表明,TiO2/UV/H2O2和TiO2/UV/EC体系下苯酚降解效率明显高于TiO2/UV体系,当苯酚溶液pH值为6,TiO2质量浓度0.2 g·L-1,紫外光照2 h,光催化降解效果达到86%,当电流密度为12 mA·cm-2,则苯酚可达到100%去除.比较了不同催化体系下的能量利用率,苯酚降解15 min,TiO2/UV/EC体系能量利用率最大为0.030 6 g·(kW·h)-1,其能量消耗为0.0640 kW·h-1,说明采用TiO2/UV/EC体系能更多地利用能量降解苯酚.通过不同催化体系下中间产物分析,建立苯酚及其中间产物对苯二酚、邻苯二酚和苯醌的拟一级降解动力学模型,通过模型验证各催化体系下苯酚的降解历程,同时也说明了TiO2/UV/EC体系有利于苯酚及其中间产物的降解.     

硼掺杂CeO2/TiO2光催化剂的制备及其活性研究

在三氯化钛和钛酸丁酯水解过程中引入硼酸、硝酸铈,制备了具有可见光活性的硼(B)掺杂CeO₂/TiO₂复合氧化物光催化剂,采用XRD、DRS、XPS等手段进行表征,以偶氮染料酸性红B为模型污染物评估了催化活性.结果表明,硝酸铈加入量影响催化剂的吸收带边,随用量增加,吸收带边红移至481nm(Ce/Ti=1.0,摩尔比),继续增加用量,吸收带边轻微蓝移.催化剂晶相组成与焙烧温度有关,500℃时焙烧样品主要由立方晶型CeO₂和锐钛矿TiO₂组成,焙烧温度高于700℃时,TiO₂转化为金红石型,CeO₂则无显著变化.随焙烧温度升高,催化剂吸收带边明显蓝移,综合考虑催化剂稳定性和太阳能利用,认为500℃焙烧较为合适.B1s XPS显示仅有少量B原子进入复合氧化物晶格取代了氧原子,主要以B₂O₃形式存在.酸性红B降解试验显示B掺杂CeO₂/TiO₂可以提高TiO₂的催化活性,紫外光辐射10min最高可使96.0%的酸性红B分解,且反应彻底,表现出较强的氧化能力,但Ce/Ti>0.5(摩尔比)时催化活性显著下降.     

BiOCl/TiO_2复合材料的可见光活性及机理研究

采用水热法和溶胶凝胶法制备新型BiOCl/TiO2复合材料并明确了最优的掺杂比例(2%).随后利用X射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射(DRS)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对该材料进行表征.由于禁带宽度较大,纯BiOCl和TiO2的可见光催化性能极差,然而二者复合后,同条件下的苯降解率却大幅提升,可以达到40%以上.经证实,催化剂制备过程中,Bi的状态发生变化,在TiO2导、价带之间插入新的能级,使其禁带宽度变窄,电子可以实现可见光跃迁.     

WC/TiO2纳米复合界面光催化剂制备及其光催化降解酚类污染物研究

设计并制备了新型WC/TiO2纳米复合界面光催化剂应用于酚类污染物的光催化降解反应中.采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)技术分析了WC/TiO2纳米复合界面光催化剂的晶型和表面形貌.结果显示锐钛矿型TiO2纳米颗粒均匀地分散在WC纳米球表面并很好地构筑了WC/TiO2界面.研究了不同WC负载比例的WC/TiO2光催化剂在模拟太阳光照射下降解苯酚的光催化性能.结果表明:WC/TiO2复合界面的形成可以有效地提高TiO2光催化降解性能;其中,3%WC/TiO2(质量分数)光催化降解苯酚的活性最高.利用紫外-可见光谱(UV-Vis)和高效液相色谱-质谱联用技术(HPLC-MS)分析了WC/TiO2纳米复合界面光催化剂降解苯酚的中间产物,提出了苯酚在WC/TiO2界面上可能的降解机理.     

Fe2O3/TiO2负载膨胀珍珠岩光催化降解罗丹明B

为获得高效催化活性的光催化材料,研究不同煅烧氛围对材料在可见光下催化性能的影响,以膨胀珍珠岩（EP）为载体,采用溶胶-凝胶法,在不同煅烧氛围（O₂和/或NH₃）下制备Fe₂O₃/TiO₂负载EP的光催化复合材料〔Fe₂O₃-TEP（O₂）、Fe₂O₃-TEP（NH₃）、Fe₂O₃-TEP（O₂,NH₃）、Fe₂O₃-TEP（NH₃,O₂）〕,采用EDS（X-射线色散能谱）、BET（比表面积及孔径分析）、XRD（X射线衍射）、SEM（扫描电子显微镜）、XPS（X射线光电子能谱）等对复合材料进行表征,并研究了其在可见光下对罗丹明B的光催化降解效果.结果表明:①复合材料成功负载了Ti、Fe元素,负载的TiO₂以锐钛矿型存在,Fe₂O₃的掺杂增强了TiO₂对可见光的响应能力;②不同的煅烧氛围明显影响复合材料的晶粒尺寸、比表面积和光催化性能,其中,Fe₂O₃-TEP（O₂,NH₃）的光催化性能最好,4 h后罗丹明B降解率达到87.59%,Fe₂O₃-TEP（NH₃,O₂）、Fe₂O₃-TEP（O₂）和Fe₂O₃-TEP（NH₃）4 h后对罗丹明B的降解率则分别为65.02%、62.48%和47.48%;③在试验条件下,复合材料的光催化反应符合一阶反应动力学方程,Fe₂O₃-TEP（O₂,NH₃）、Fe₂O₃-TEP（NH₃,O₂）、Fe₂O₃-TEP（O₂）和Fe₂O₃-TEP（NH₃）相应的降解速率常数分别为0.008 3、0.004 3、0.004 3和0.002 7 min-1.研究显示,通过溶胶-凝胶法所制备的复合材料（Fe₂O₃-TEP）经煅烧后所得矿相均一;Fe₂O₃掺杂TiO₂可形成Ti—O—Fe键,减小TiO₂固有的禁带宽度;复合材料光催化性能也受到煅烧氛围的影响,先O₂后NH₃煅烧条件下所得材料的光催化性能最佳.      

TiO2-PW9复合催化剂光催化降解游离氰

采用水热法制备了二氧化钛(TiO_2)与三缺位磷钨酸钠(Na_8H[β-A-PW_9O_(34)]·24H_2O)共价结合形成的TiO_2-PW_9复合催化剂,并对其光催化降解游离氰(CN~-)的效果进行了研究.NMR和XPS等表征结果证明,Na_8H[β-A-PW_9O_(34)]·24H_2O(简写为Na-PW_9)已成功负载于TiO_2上.光电化学表征结果表明,Na-PW_9的引入可有效提高TiO_2的界面电荷转移.光催化实验结果表明,与单独TiO_2相比,TiO_2-PW_9的光催化活性有明显提高.同时,探究了初始CN~-浓度和催化剂投加量对CN~-去除的影响.结果表明,当初始CN~-浓度为0.3 mmol·L~(-1)、催化剂投加量为1 g·L~(-1)时,复合催化剂的光催化活性最佳,反应150 min后,CN~-的去除率达到81%.CN~-的氧化产物分析结果表明,氰酸根(CNO~-)是CN~-氧化的唯一产物.自由基淬灭实验和电子自旋共振(ESR)波谱分析结果表明,~1O_2是反应体系中的主要活性氧物种.本实验可为多功能催化材料的开发及其在含氰废水污染控制领域的应用提供参考.     

Fabrication of Bi2O3/TiO2 nanocomposites and their applications to the degradation of pollutants in air and water under visible-light

A nanoheterojunction composite photocatalyst Bi2O3/TiO2working under visible-light(λ 420 nm) was prepared by combining two semiconductors Bi2O3 and TiO2 varying the Bi2O3/TiO2molar ratio. Maleic acid was employed as an organic binder to unite Bi2O3 and TiO2 nanoparticles. The SEM, TEM, XRD and diffuse reflectance spectra were utilized to characterize the prepared Bi2O3/TiO2nanoheterojunction. The nanocomposite exhibited unusual high photocatalytic activity in decomposing 2-propanol in gas phase and phenol in aqueous phase and, evolution of CO2 under visible light irradiation while the end members exhibited low photocatalytic activity. The composite was optimized to 5 mol% Bi2O3/TiO2. The remarkable high photocatalytic efficiency originates from the unique relative energy band position of Bi2O3 and TiO2 as well as the absorption of visible light by Bi2O3.     

Photocatalytic degradation of phenanthrene on soil surfaces in the presence of nanometer anatase TiO2 under UV-light

The effect of nanometer anatase TiO₂ was investigated on the photocatalytic degradation of phenanthrene on soil surfaces under a variety of conditions. After being spiked with phenanthrene, soil samples loaded with different amounts of TiO₂ (0 wt.%, 1 wt.%, 2 wt.%, 3 wt.%, and 4 wt.%) were exposed to UV-light irradiation for 25 hr. The results indicated that the photocatalytic degradation of phenanthrene followed the pseudo first-order kinetics. TiO₂ significantly accelerated the degradation of phenanthrene with the half-life reduced from 45.90 to 31.36 hr for TiO₂ loading of 0 wt.% and 4 wt.%, respectively. In addition, the effects of H₂O₂, light intensity and humic acid on the degradation of phenanthrene were investigated. The degradation of phenanthrene increased with the concentration of H₂O₂, light intensity and the concentration of humic acids. It has been demonstrated that the photocatalytic method in the presence of nanometer anatase TiO₂ was a very promising technology for the treatments of soil polluted with organic substances in the future.     

Fe2O3添加对钛基SCR催化剂表面硫酸氢铵分解行为的影响规律

采用共沉淀法合成了TiO_2及TiO_2-Fe_2O_3载体,并对硫酸氢铵与上述载体之间的相互作用及硫酸氢铵的具体分解行为进行了研究.结果表明,催化剂载体表面含硫官能团主要以双齿硫酸盐的形式存在,含氮官能团以铵根离子的形式存在.当硫酸氢铵沉积于催化剂载体表面时,由于硫酸根离子具有较强的电负性,Ti原子及Fe原子处于电子缺失状态.对于TiO_2载体,硫酸根离子主要与Ti原子相连;而对于TiO_2-Fe_2O_3载体,Ti原子及Fe原子均为硫酸根离子主要的附着位点.采用热分析方法及原位红外对硫酸氢铵在TiO_2及TiO_2-Fe_2O_3载体表面的分解行为进行了研究,发现铁氧化物的添加显著促进了硫酸氢铵在低温区间内的分解行为;与铵根离子相比,硫酸根离子具有更高的热稳定性.催化剂稳定性测试结果表明,铁氧化物的添加显著提高了低温抗硫抗水性能,为实现低温SCR技术的工业应用提供了理论基础.     

温和条件下磁性Pd-MgFe2O4/MgAl(O)催化4-氯苯酚高效加氢脱氯

以镁铁尖晶石MgFe₂O₄为磁核,在磁核表层包覆MgAl水滑石后经高温焙烧形成MgAl （O）复合氧化物包覆的磁性载体MgFe₂O₄/MgAl （O）,进而负载纳米金属Pd制成磁性催化剂Pd-MgFe₂O₄/MgAl （O）.通过X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱分析（XPS）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、透射电镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、选区电子衍射（SAED）、比表面积（S_BET）和振动样品磁强计（VSM）等手段对催化材料进行表征.结果表明,MgFe₂O₄-LDH转化为磁性MgFe₂O₄/MgAl （O）载体有利于催化材料比表面积的增加、结构稳定性的提升及相应催化活性位点的增加,进而有利于提升4-氯苯酚高效加氢脱氯效率.研究进一步考察了催化剂负载量、催化剂用量、底物浓度、反应温度、反应溶剂等条件对4-氯苯酚降解效率的影响.结果发现,在优化反应条件下催化反应的转换频率TOF （0.04 s^-1）可媲美常温、常压、无碱性添加剂等温和条件下4-氯苯酚高效加氢脱氯反应的最佳文献报道水平.磁性催化剂Pd-MgFe₂O₄/MgAl （O）循环使用4次后仍保持很好的催化活性.     

ZnTiO3-TiO2复合光催化剂的制备及光催化降解有机污染物机制分析

TiO_2光催化剂因无毒无害而在光催化降解污染物领域有巨大潜力.但由于TiO_2的光生电子空穴复合较快,量子效率较低,限制了它的广泛使用.在本研究中,通过溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备了ZnTiO_3-TiO_2异质结复合光催化剂,分析了配比和煅烧温度对材料光催化性能的影响,以甲基橙(MO)溶液为模拟污染物进行光催化降解,探讨了其催化效果及效率提升的机制.结果表明,在紫外光照射下,ZnTiO_3与TiO_2比值为0. 3时,在600℃下煅烧3 h后,其催化效果最佳且表现出良好的化学稳定性.通过光电流测试和电子自旋共振波谱仪的检测结果,证明复合光催化剂的光生电子和空穴复合率降低,从而提高了光催化活性.     

有机物多相光催化降解反应中催化剂固定化技术研究

以ＴｉＣｌ４和异丙醇为原料,通过化学反应将钛组分以键合方式引入载体多孔硅胶颗粒的表面,经高温处理提高活性,制备出的催化剂以甲基检溶液的脱色反应有很好的光催化活性,与相同量的粉末ＴｉＯ２作用相比,活性升高,经分析测定催化剂颗粒上有３１．０５％的钛成分且表面仍保持硅胶颗粒的骨架结构,具有大比表面和高分散性的优点,利用该方法即可以制备大颗粒载体型ＴｉＯ２催化剂,也可能进一步解决用于实际太阳光废水处理装置     

Fe3O4/TiO2-H2O2非均相类Fenton体系对3，4-二氯三氟甲苯的降解

用Fe_3O_4/Ti O_2-H_2O_2体系对3,4-二氯三氟甲苯(3,4-DCBTE)进行降解反应研究,同时考察了pH值、催化剂投加量、H_2O_2投加量、温度等因素对3,4-DCBTE降解效率的影响.实验结果表明,Fe_3O_4/Ti O_2-H_2O_2非均相类Fenton体系对3,4-二氯三氟甲苯的处理效果极佳;并且在H_2O_2投加量为45.0 mg·L~(-1)、Fe_3O_4/TiO_2的物质的量比为1∶1、pH=3.0、温度为40.0℃的条件下反应效果最佳,去除率高达99.1%.同时从实验结果可以看出,pH在2.0~7.0范围内该体系对3,4-二氯三氟甲苯均有降解效果,说明该体系相比于传统的Fenton体系有较宽的pH适用范围.目标污染物的降解符合一级反应动力学,其发生反应所需的活化能为36.9 k J·mol~(-1).     

基于ZrO2/TiO2催化H2O2氧化低温脱硝的实验研究

以纳米TiO_2为载体,采用等体积浸渍法掺杂过渡金属氧化物ZrO_2进行改性,制备了一系列ZrO_2/TiO_2催化剂,以催化H_2O_2低温氧化NO脱硝,并采用X射线衍射(XRD)、H_2程序升温还原(H_2-TPR)、O_2程序升温氧化(O_2-TPO)、X射线光电子能谱(XPS)及电子顺磁共振(EPR)等表征分析探究了影响H_2O_2脱硝活性的因素.表征结果表明ZrO_2的负载量会影响催化剂中晶格氧的含量,晶格氧相对含量的增加有利于氧化还原反应中的电子传递,这是促进H_2O_2活化分解的关键.在微观表征的基础上,通过实验研究筛选获得了催化剂的最佳ZrO_2负载量,同时对比考察了非催化和纳米TiO_2催化作用下的H_2O_2氧化低温脱硝性能;针对获取的最优催化剂,进一步考察了不同烟气工况对催化剂活性的影响.实验结果表明,ZrO_2/TiO_2催化剂能有效促进H_2O_2的活化分解实现低温脱硝,且ZrO_2负载量为4%(质量分数)时,催化活性最高;在烟温为160℃、[H_2O_2]/[NO]物质的量比为2及空速为30000 h~(-1)时,NO转化率最高可达81%.     

Photocatalytic parameters and kinetic study for degradation of dichlorophenol-indophenol (DCPIP) dye using highly active mesoporous TiO2 nanoparticles

Highly active mesoporous TiO_2 of about 6 nm crystal size and 280.7 m~2/g specific surface areas has been successfully synthesized via controlled hydrolysis of titanium butoxide at acidic medium. It was characterized by means of XRD(X-ray diffraction), SEM(scanning electron microscopy), TEM(transmission electron microscopy), FT-IR(Fourier transform infrared spectroscopy), TGA(thermogravimetric analysis), DSC(differential scanning calorimetry) and BET(Brunauer–Emmett–Teller) surface area. The degradation of dichlorophenol-indophenol(DCPIP) under ultraviolet(UV) light was studied to evaluate the photocatalytic activity of samples. The effects of different parameters and kinetics were investigated. Accordingly, a complete degradation of DCPIP dye was achieved by applying the optimal operational conditions of 1 g/L of catalyst, 10 mg/L of DCPIP, pH of 3 and the temperature at 25 ± 3°C after 3 min under UV irradiation. Meanwhile, the Langmuir–Hinshelwood kinetic model described the variations in pure photocatalytic branch in consistent with a first order power law model.The results proved that the prepared TiO_2 nanoparticle has a photocatalytic activity significantly better than Degussa P-25.     

二氧化钛光催化氧化阿散酸

阿散酸(p-arsanilic acid,ASA)是一种重要的有机砷化合物,较无机砷更加难以去除,目前关于去除水中ASA研究少有报道.本研究主要评价了TiO_2光催化剂(P25)对ASA的去除效果,考察了P25投量、pH和光照强度对其光催化氧化ASA的影响,探究了ASA光降解产物和主要机制.结果表明,在P25催化作用下,模拟自然光可氧化降解ASA为As(V),最终通过P25对As(V)的吸附作用将水中砷有效去除.当ASA初始浓度为2 mg·L~(-1),P25投量为1 g·L~(-1)时,光催化氧化-吸附0.5 h后,水中剩余砷的浓度约为0.34 mg·L~(-1).酸性条件下ASA的去除率远远高于碱性条件,最佳光照强度为68.5 mW·cm~(-2).P25光催化氧化ASA过程中羟基自由基起到了主要作用.     

Photocatalytic degradation of methylbutandioic acid (MBA) in aqueous TiO2 suspension: influences of MBA adsorption on the solid semi-conductor

In the present work we describe the photocatalytic degradation of methylbutandioic acid (MBA), focusing particularly on adsorption of the MBA on TiO₂ surface. We observe a very fast surface carboxylate formation, a decrease of the surface carboxylates during the reaction and an apparent zero order kinetic for the degradation of MBA. We conclude that the main way of MBA degradation is its reaction in the solution, and not on the surface of TiO₂. The influence of the surface carboxylates on the efficiency of the catalyser is under study.