TiO2-Fe2O3复合光催化剂降解废水中土霉素研究

实验以钛酸四丁酯、九水硝酸铁为主要药剂,采用水热法制备纯TiO_2、化学浴法制备TiO_2-Fe_2O_3复合材料,以土霉素为目标降解污染物,研究了Fe_2O_3与TiO_2配比、反应体系、投加量、pH等因素对土霉素降解率的影响,使用XRD、BET、XPS、TEM技术手段对复合材料进行表征分析。实验表明,Fe_2O_3成功复合于TiO_2上,使原材料比表面积增大,在pH=7、微量H2O_2体系下,TiO_2-5%Fe_2O_3复合催化剂能在10 min内降解土霉素,降解率达90%。     

PTFE/TiO_2复合膜光催化降解水中罗丹明B研究

以P25 TiO_2为催化剂、聚四氟乙烯乳液(PTFE)为粘结剂,采用辊压法制备了PTFE/TiO_2复合膜催化剂,并对其进行了SEM和XRD表征。结果表明:TiO_2与PTFE乳液的质量比为4:1时其表面最为平整且分布着均匀的空隙。此外,PTFE的引入并没有改变TiO_2的晶相结构与衍射峰强度。另外,随着光照时间的延长,PTFE/TiO_2复合膜催化表面·OH自由基产生量呈线性增加,且Rh B分子在553 nm处特征吸收峰强度逐渐降低。经过150 min光照后,Rh B的光催化降解率达到87%。连续重复使用14次之后,PTFE/TiO_2复合催化膜的光催化效率仅下降2%左右,这表明其可能在废水深度处理领域得到实用化应用。     

CdS/TiO2复合半导体薄膜的制备及其光催化性能

以微弧氧化法制备出锐钛矿型TiO₂,进而以化学水浴法沉积CdS,通过调控时间,制备CdS/TiO₂复合半导体薄膜. X射线检测表明,微弧氧化所制备的TiO₂为锐钛矿结构, 化学水浴法制备的CdS主要以离子离子的方式沉积在TiO₂薄膜上. SEM及可见光催化降解亚甲基蓝的试验表明,沉积时间为15 min的复合半导体薄膜上的CdS粒子呈圆球形、单层孤立、均匀地分散在TiO₂表面,绝大多数粒子的粒径在nm级别,分布比较均匀,对亚甲基蓝有着较好的光催化性能,与TiO₂薄膜相比,复合半导体薄膜的光催化性能有很大的提高. 结合光催化评价结果,对复合半导体薄膜的光催化剂机制进行了讨论.      

TiO2复合催化剂弱光催化降解模拟海水中苯酚及其催化活性的影响

为了获得适用于海水中有机污染物光降解催化剂,分别选用纳米SiO_2粒子和氧化石墨烯GO为载体,利用吸附相反应技术并结合热处理过程制备了基于TiO_2的复合催化剂,研究了弱光(光强小于1mW·cm~(-3))激发下复合催化剂光催化降解模拟海水中苯酚.结果表明,吸附相反应技术结合焙烧得到的La~(3+)掺杂TiO_2-SiO_2,表面亲水性较强和对苯酚吸附能力较弱,难以克服盐离子的干扰并有效降解模拟海水中高浓度苯酚.而吸附相反应技术结合醇溶剂热还原处理后,La~(3+)掺杂TiO_2-SiO_2催化剂表面亲水性显著减弱,但该催化剂在模拟海水中不能形成稳定的悬浮体系.吸附相反应技术得到的TiO_2-GO和La~(3+)掺杂TiO_2-GO中,TiO_2粒子粒径小于10nm且均匀负载于GO的表面.醇溶剂热还原处理可使TiO_2形成晶型结构,从而提高其催化活性,同时还能将GO表面的含氧基团还原,降低催化剂表面亲水性.从而提升催化剂对苯酚的吸附能力和对盐离子的抗干扰能力.另外,还原GO与小粒径TiO_2粒子紧密结合,使光生电子能很快转移至还原GO表面,增大光生电荷分离率,进一步提升催化剂的光降解性能.     

Cu/TiO_2/SiO_2纳米复合薄膜光催化降解氨气性能的研究

采用溶胶-凝胶结合γ-射线辐射法制备了Cu/TiO2/SiO2纳米介孔复合薄膜。X-射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM),紫外-可见光谱(UV-vis)及X-射线光电子能谱(XPS)表征显示单质金属铜与锐钛矿型TiO2纳米粒子较均匀地分布在非晶SiO2介孔基体的孔洞之中。光催化降解氨气的实验结果表明该三元复合薄膜具有良好的光催化性能,与未掺杂铜的TiO2/SiO2二元复合薄膜相比,铜纳米粒子的掺入可将其光催化性能提高18%以上。     

纳米TiO_2/SiO_2复合颗粒催化性能研究

为了提高纳米TiO2粒子的光催化性能和可回收性,采用溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2/SiO2复合颗粒。利用XRD与比表面积测试仪,考察了热处理温度对复合颗粒的比表面积和其中纳米TiO2的粒度与晶型的影响情况,发现纳米TiO2的锐钛矿型转变温度由常规的350℃升高到600～700℃。研究了不同热处理温度的复合颗粒、不同Ti/Si比及其添加量对其光催化性能的影响,发现700℃下热处理2h,Ti/Si比为1.5的复合颗粒对100mg/mL的甲基橙溶液的光催化性能最好,其最佳使用量仅约为1.5g/L。     

g-C3N4修饰的TiO2纳米阵列光电催化氧化去除氰化物

通过水热法制备了TiO_2纳米棒(TiO_2NRs)电极,然后通过液相生长法将石墨相氮化碳(g-C_3N_4)负载到TiO_2NRs电极上制备出TiO_2NRs/g-C_3N_4电极.电极的XRD和SEM表征结果表明,g-C_3N_4成功负载到了TiO_2NRs上.将TiO_2NRs/g-C_3N_4电极作为光阳极用于光电催化体系中,并于反应体系中不断曝入O_2,结果发现,与钛片相比,碳气凝胶(CA)电极作为阴极时,反应150 min后CN~-的去除率由13.4%提高到53.1%.与PC过程和EC过程相比,PEC过程对CN~-的去除效果最好.不同光阳极的对比表明,g-C_3N_4与TiO_2的复合可以大大提高阴极H_2O_2产量从而促进CN~-的去除.实验表明,外加偏压的增大可以提高体系中H_2O_2的产量从而增强CN~-的去除效果,CN~-的去除率随CN~-初始浓度的增大而减小.体系的稳定性实验表明,制备的TiO_2NRs/g-C_3N_4电极具有较好的稳定性.最后提出了通过碳气凝胶阴极利用光生电子原位产H_2O_2,强化了TiO_2NRs/g-C_3N_4复合电极作为光阳极对水中CN~-的去除效果的反应机理.     

核壳结构TiO_2/SiO_2/Fe_3O_4颗粒的制备及性能研究

针对纳米Ti O2光催化剂回收困难、成本较高等问题,采用溶胶-凝胶法在表面包覆了Si O2的磁基体Fe3O4上负载Ti O2,制备出一种具有光催化作用的核壳结构Ti O2/Si O2/Fe3O4功能纳米颗粒。通过TEM、XRD等对其包覆效果及结构进行表征,结果表明,Si O2、Ti O2包覆的醇∶酯∶水的比例分别为4.6∶12.3∶1和30.3∶12.5∶1时可以得到包覆均匀的Ti O2/Si O2/Fe3O4功能颗粒。在可见光和紫外光的照射下,Ti O2/Si O2/Fe3O4光催化剂降解亚甲基蓝溶液的脱色率分别为85.16%和78.86%,使用5次后颗粒的回收率仍能保持在75%以上,具有优异的光催化降解性能,并且可重复利用率高。     

Fe3O4@TiO2复合材料对砷及染料的去除机理

利用溶剂热法制备了具有不同TiO_2外壳厚度的Fe_3O_4@TiO_2复合纳米材料,并探究其对砷及染料的去除机理。通过材料表征发现:Fe_3O_4@TiO_2复合材料为典型的核壳结构,Fe_3O_4与TiO_2通过化学反应结合形成Ti~(3+),材料感光范围展宽>600 nm;通过吸附等温线实验,n(TiO_2)∶n(Fe_3O_4)为0. 5时,Fe_3O_4@TiO_2复合材料对砷有较好的吸附效果(30 mg/g);可见光下,Fe_3O_4@TiO_2复合材料对染料甲基橙具有高效的光催化效率。Fe_3O_4@TiO_2复合材料是一种既可去除砷又可光催化降解染料的多功能材料,在环境污染治理方面将有广阔的应用前景。     

高指数晶面TiO2对铬的吸附及光催化去除

由工业生产引起的铬污染是环境领域面临的一大挑战.二氧化钛(TiO_2)材料因其吸附催化的双重作用在铬的去除方面具有潜在应用前景.利用溶剂热法合成高指数晶面TiO_2{201},对其进行SEM、TEM、XRD及XPS表征,并用于Cr(Ⅲ/Ⅵ)的吸附及Cr(Ⅵ)的光催化还原,以达到从水体中去除铬的目的.所合成的TiO_2{201}为锐钛矿相,呈蒲公英状的层级结构. Langmuir吸附等温线结果表明,TiO_2{201}对Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的最大吸附量分别为22. 7 mg·g-1和13. 2 mg·g-1,Freundlich模型拟合结果表明TiO_2{201}对Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的吸附均易于进行,其1/n均小于0. 5.在紫外光照条件下,TiO_2{201}作为光催化剂可将毒性较强且吸附去除效果较差的Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ),并以Cr(OH)3及Cr2O3的形式沉淀在TiO_2表面,XPS表征结果进一步证实了表面沉淀的存在.为探明TiO_2{201}光催化还原Cr(Ⅵ)的机制,分别研究光生空穴淬灭剂(EDTA-2Na)和光生电子淬灭剂(KBr O3)对Cr(Ⅵ)还原效率的影响,证明Cr(Ⅵ)的还原是由光生电子引起.     

钒氮共掺杂TiO_2的制备及其光催化性能

通过水解沉淀-浸渍法制备了钒、氮共掺杂纳米TiO2光催化剂,并用XRD、UV-Vis、XPS表征了其结构特征。XRD分析结果表明,共掺杂和单掺杂均为单一的锐钛矿相,氮和钒都进入了TiO2晶格中。UV-Vis漫反射光谱显示,钒、氮的掺杂使得催化剂对可见光的响应红移至509 nm。XPS研究表明,N以O-Ti-N和Ti-O-N结构存在于钒氮共掺杂TiO2中,V以V4+和V3+的形式存在于钒氮共掺杂TiO2晶格中。分别以汞灯和太阳光为光源,以亚甲基蓝为降解物,进行催化剂的光催化降解实验,结果表明,煅烧温度为300℃,钒的掺杂量为1%时,钒、氮共掺杂TiO2的光催化降解效率最高。     

Preparation, characterization, and photocatalytic activities of boron- and cerium-codoped TiO2

Boron- and cerium-codoped TiO2 photocatalysts were synthesized using modified sol-gel reaction process and characterized by X- ray diffraction （XRD）, X-ray photoelectron spectroscopy （XPS）, particle size distribution （PSD）, diffuse reflectance spectra （DRS）, and Brunauer-Emmett-Teller （BET）. The photocatalytic activities were evaluated by monitoring the degradation of dye Acid Red B （ARB）. The results showed that the prepared photocatalysts were mixed oxides mainly consisting of titania, ceria, and boron oxide. The structure of TiO2 could be transformed from amorphous to anatase and then to rutile by increasing calcination temperature; the transformation being accompanied by the growth of particle size without any obvious change in phase structure of CeO2. The XPS of B1.6Ce1.0-TiO2 prepared at 500℃ showed that a few boron atoms were incorporated into titania and ceria lattice, whereas others existed as B2O3. Cerium ions existed in two states, Ce^3＋ and Ce^4＋, and the atomic ratio of Ce^3＋/Ce^4＋ was 1.86. When boron and cerium were doped, the UV-Vis adsorption band wavelength showed an obvious shift toward the visible range （〈526 nm）. As the atomic ratio of Ce/Ti increased to 1.0, the absorbance edge wavelength increased to 481 nm. The absorbance edge wavelength decreased for higher cerium doping levels （Ce/Ti=2.0）. The particles size ranged from 122 to 255 nm with a domain at 168 nm （39.4%）. The degradation of ARB dye indicated that the photocatalytic activities of boron- and cerium-codoped TiO2 were much higher than those of P25 （a standard TiO2 powder）. The activities increased as the boron doping increased, whereas decreased when the Ce/Ti atomic ratio was greater than 0.5. The optimum atomic ratio of B/Ti and Ce/Ti was 1.6 and 0.5, respectively.     

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.     

纳米TiO_2的溶胶-微波法合成及其光催化性能研究

以钛酸四正丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法、溶胶-水热法及溶胶-微波法三种方法合成出纳米TiO2,借助XRD、UV-Vis吸收光谱等测试手段对其进行了表征,并以甲基橙为模型污染物,考察了样品的光催化性能。物相分析表明,所得样品均为锐钛矿相TiO2,与其它两种方法相比,溶胶-微波法合成的样品衍射峰明显宽化,强度明显降低,说明该法合成出纳米TiO2粒径较小;UV-Vis吸收光谱表明,溶胶-微波法合成的样品在可见光区和紫外光区对光均呈现更强的吸收,说明该法合成的粉末对光具有更高的利用率。光催化实验表明,溶胶-微波法合成样品的光催化活性高于另两种方法,紫外灯连续照射5h,甲基橙溶液脱色率为99.06%。此外,将该样品用于延安卷烟厂蒸叶车间废水的光催化氧化处理,效果较好,太阳光照射3d后COD去除率为77.4%。     

不同纳米级锐钛型TiO2的V2O5基催化剂脱氮性能

以2种不同纳米级锐钛型TiO2为载体负载V2O5和WO3制备得到脱氮催化剂H和Z,在自制固定床反应器中测试其DeNOx活性,结果表明,催化剂H的活性比催化剂Z低得多.利用XRD、BET、FT-IR和SEM等手段对2种催化剂进行比较,BET表面积虽然会对DeNOx活性产生一定的影响,但催化剂H主要因为活性物质V2O5和载体TiO2发生反应,生成V3Ti6O17,导致其DeNOx活性大幅下降,而在催化剂Z中TiO2仍然保持锐钛型,未与V2O5发生反应.     

TiO2/PPY/Fe3O4的水热法制备及其光催化与磁回收性能

以化学氧化法制备的聚吡咯(PPY)包覆Fe3O4复合材料为磁核,用水热反应法(170℃, pH=7±0.2)在其表面负载了纳米Ti02,制成壳/壳/核结构的磁载二氧化钛光催化剂.并用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外分光光度计(FT-IR)、振动样品磁强计(VSM)、Zeta电位仪对催化剂的物相组成、形貌、表面性质、磁学性质以及磁核的表面电位进行了表征分析.以初始浓度为25mg/L的苯酚溶液为模拟污染物, 对其进行光催化降解以考察其催化活性;并以自制的磁回收装置考察其磁回收率.结果表明,所制备的Ti02粒径在4~7nm,具有混晶结构,其中锐钛矿占95.2%,金红石占4.8%;PPY对Ti02在磁核表面的负载具有促进作用,TiO2在PPY/Fe3O4表面负载牢固;催化剂TPF(nTiO2:n PPY:nFe3O4 =30:2.1:1)具有良好的壳/壳/核结构,其磁感应强度为40emu/g,具有超顺磁性;所制备的催化剂光催化降解苯酚符合假一级反应动力学方程,其中纯TiO2、P25、TPF反应速率常数K值分别为0.0279、0.0264、0.0252,TPF循环使用5次后K值为0.020,催化活性略有降低,循环使用平均回收率可达到90.35%. 该法制备的磁载Ti02光催化剂具有优良的催化活性和磁回收性能,具有良好的应用前景.     

Iron-doped Mn-Ce/TiO2 catalyst for low temperature selective catalytic reduction of NO with NH3

The catalysts of iron-doped Mn-Ce/TiO 2(Fe-Mn-Ce/TiO 2) prepared by sol-gel method were investigated for low temperature selective catalytic reduction(SCR) of NO with NH 3.It was found that the NO conversion over Fe-Mn-Ce/TiO 2 was obviously improved after iron doping compared with that over Mn-Ce/TiO 2.Fe-Mn-Ce/TiO 2 with the molar ratio of Fe/Ti = 0.1 exhibited the highest activity.The results showed that 96.8% NO conversion was obtained over Fe(0.1)-Mn-Ce/TiO 2 at 180°C at a space velocity of 50,000 hr 1.Fe-Mn-Ce/TiO 2 exhibited much higher resistance to H 2 O and SO 2 than that of Mn-Ce/TiO 2.The properties of the catalysts were characterized using X-ray diffraction(XRD),N 2 adsorption,temperature programmed desorption(NH 3-TPD and NOx-TPD),and Xray photoelectron spectroscopy(XPS) techniques.BET,NH3-TPD and NOx-TPD results showed that the specific surface area and NH3 and NOx adsorption capacity of the catalysts increased with iron doping.It was known from XPS analysis that iron valence state on the surface of the catalysts were in Fe3+ state.The doping of iron enhanced the dispersion and oxidation state of Mn and Ce on the surface of the catalysts.The oxygen concentrations on the surface of the catalysts were found to increase after iron doping.Fe-Mn-Ce/TiO2 represented a promising catalyst for low temperature SCR of NO with NH3 in the presence of H2 O and SO2.     

Ti-Zn催化剂合成及降解卷烟厂蒸叶废水的研究

采用溶胶-凝胶与水热相结合的方法合成了Ti-Zn复合催化剂,借助XRD、SEM、BET、UV-Vis等多种技术对其进行了表征,并将其用于卷烟厂蒸叶废水的光催化处理,考察了Ti-Zn比及投放量对催化剂光催化活性的影响规律。XRD分析表明,复合催化剂X射线衍射谱图中出现锐钛矿相TiO2的特征衍射峰,说明复合催化剂中的Ti以TiO2晶体形式存在,但谱图中并没有出现ZnO的特征衍射峰;UV-Vis吸收光谱表明,复合催化剂相比纳米TiO2其在紫外光区的吸收增强,即复合催化剂对光具有更高的利用率,但Ti-Zn比对复合催化剂吸收光谱影响不大。光催化实验表明,Ti-Zn复合催化剂的光催化活性明显高于纳米TiO2催化剂,且其光催化活性与Ti-Zn比及催化剂投放量有关,随着掺杂量及投放量的增加光催化活性均表现出了先增后降的变化趋势,当Ti-Zn比为10:1(摩尔比),投放量为1000mg/L左右时Ti-Zn复合催化剂对卷烟厂蒸叶废水表现出了较好的处理效果,废水COD去除率达到76.7%。     

乙二胺溶胶凝胶法氮掺杂TiO_2的光催化研究

以钛酸四丁酯(TBT),乙二胺(EDA)为前驱体,乙醇为溶剂,冰醋酸为抑制剂,采用溶胶-凝胶法制备了N掺杂纳米TiO2光催化剂。通过紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、荧光发射光谱(FES)、X射线衍射光谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、和BET比表面分析对其光谱特征、晶相结构、表面组成、比表面积进行了表征,以苯酚为模拟污染物考察了其光催化活性。结果表明:该方法制备的N掺杂纳米TiO2的光谱吸收带发生了明显红移,当EDA/TBT(摩尔比)=1/10及焙烧温度为550℃时,所制备样品对可见光的吸收最强,可见光照射150min苯酚的降解率为34.6%,紫外光照射100min苯酚的降解率达到97.8%。