Pr-N共掺杂TiO2光电催化降解孔雀石绿动力学

以溶胶-凝胶法制备的Pr-N共掺杂TiO2催化剂为电极,在光电催化反应器中,研究了光电催化降解孔雀石绿的动力学过程.结果表明,孔雀石绿氧化降解速率与溶液的初始浓度、pH、外加电压及反应的温度有关,在初始浓度为10～30 mg.L-1、pH为3～8、电压1～5 V、温度为298～338 K的实验范围内,反应的氧化降解符合一级反应动力学模型且模型值与实验值吻合良好.模型中反应的初始反应活化能Ea为11.99 kJ.mol-1,说明反应较易进行;pH的反应级数1.634 7,远远高于电压的级数0.850 2及初始浓度的级数0.123 8,表明通过控制pH可有效地提高光电催化的氧化降解速率.     

掺铁TiO2纳米管阵列模拟太阳光光电催化降解双酚A的研究

双酚A(BPA)是一种典型的内分泌干扰物,其处理技术的开发对环境治理和人类健康都非常重要.以氙灯为模拟太阳光光源,掺铁Ti O2纳米管阵列(Fe/TNA)为光阳极,对BPA进行光电催化降解实验研究.通过场发射扫描电镜、X射线衍射以及紫外-可见漫反射表征Fe/TNA的形貌、物相和光吸收性能.结果表明,与纯Ti O2纳米管阵列(TNA)相比,Fe/TNA光吸收边界发生红移,在可见光区的吸收增强.考察Fe掺杂量、电流密度、不同阴极材料下曝气速率等因素对光电催化降解BPA的影响.结果表明,降解反应符合准一级反应动力学方程,在以0.9 mol·L-1Fe(NO3)3浸渍改性的Fe/TNA为光阳极、钛箔为阴极,电流密度为1.15 m A·cm-2的条件下反应4 h,10 mg·L-1BPA降解率可达72.3%,反应速率常数为5.32×10-3min-1,分别是以TNA为光阳极时的1.24倍和1.52倍;曝气可提升光电催化降解BPA的效果,以钛箔为阴极,曝气速率为1.0 L·min-1和以碳布为阴极,曝气速率为0.2 L·min-1条件下降解4 h,BPA的降解率分别可达82.7%和94.1%,反应速率常数分别为7.20×10-3min-1和11.6×10-3min-1.     

响应面法优化TiO2纳米管光电极制备及光电催化性能研究

为了探究采用阳极氧化法制备的TiO₂-NTs（TiO₂纳米管）光电极的光电催化性能,以单因素法考察了φ（H₂O）、w（氟化铵）、氧化温度和氧化时间4个因素对其光电催化性能的影响,并采用Box-Behnken模型的PSM（响应面法）对TiO₂-NTs的制备条件进行优化,进一步通过SEM（扫描电子显微镜）、XRD（X射线衍射）对TiO₂-NTs进行表征,研究了其在紫外光下对亚甲基蓝的光电催化效果.结果表明:①应用Box-Behnken模型可知,TiO₂-NTs最佳制备条件为φ（H₂O）43%、w（氟化铵）0.5%、氧化温度38℃、氧化时间1.72 h.此条件下制备的TiO₂纳米管光电极2 h处理亚甲基蓝的降解效率预测值为73.53%,对其光电催化能力进行验证,实际处理效率为73.2%,误差率仅为0.4%.②φ（H₂O）和w（氟化铵）对TiO₂-NTs光电极催化活性有显著影响.③SEM、XRD分析显示,TiO₂具有管状结构且分布均匀,经测量纳米管管径约为61.30~118.00 nm,平均值为83.99 nm,管壁为19.08 nm,同时部分锐钛矿相转变成金红石相.研究显示,TiO₂-NTs对亚甲基蓝有良好的光电催化效果.      

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.     

负载型TiO2/活性炭的制备及光催化降解罗丹明B研究

通过溶胶-凝胶方法以活性炭(AC)为载体,制备负载型TiO2/AC,利用SEM、BET、XRD、Ranme、XPS对TiO2/AC的组成、结构、尺寸等特征进行分析和表征,并用紫外灯为光源,通过TiO2/AC、TiO2粉末和活性炭与TiO2粉末的混合物对可溶性罗丹明B的光催化降解效果的比较,探讨了TiO2/AC的光催化性能.结果表明,负载体中的TiO2是由30～60nm的球形颗粒组成,含有Ti,O,C等3种元素,颗粒间不发生团聚,其中一些C元素是由活性炭载体扩散到TiO2颗粒中的.由于活性炭载体与TiO2的协同作用以及高浓度Ti3+的影响,负载型TiO2/AC的光催化活性大.当TiO2/AC在250℃空气中热处理2h,再在氮气保护下500℃热处理2 h,TiO2的质量分数为(18±0.3)%时,负载型TiO2/AC对罗丹明B的光催化降解的表观反应常数k最大,为0.0077 min-1.     

多孔TiO2薄膜电极/泡沫镍硬模板制备及其光电催化性能

以泡沫镍为载体,活性炭为造孔剂,采用硬模板法制备泡沫镍负载多孔TiO2薄膜(Porous TiO,films/foam nicel,PTFN)电极,并利用XRD和SEM等测试手段对其结构进行表征.同时,通过亚甲基蓝溶液的光电催化降解反应,对其光电催化活性进行评价,并探讨阳极偏压、通气速率、亚甲基蓝初始溶液浓度和活性炭造孔剂量对降解效率的影响规律.结果表明:相对于未加模板造孔剂的TiO2薄膜电极的光电催化性能,泡沫镍负载多孔TiO2薄膜具有更好的光电催化性能,原因是高比表面积电极有利于为光电催化提供高浓度的亚甲基蓝分子,使反应速率加快;另外,存在最佳的光电催化降解条件,即当外加阳极偏压为3 V,通气速率为40 L·h-1,n(活性炭造孔剂最):n(前驱体中钛)(即C/Ti)为10％,亚甲基蓝溶液初始浓度为1mg·L-1时,光电催化降解效率最高.同时,研究发现,亚甲基蓝在光电催化降解过程中,通过自由基的氧化发生了C=N键的断裂去甲基化,最后被降解为H2O、CO2和SO42-、NO3-、Cl-离子.     

Ag/TiO2光电催化降解染料及出水有机质影响机制

本研究以阳极氧化法结合电化学沉积法成功制备的具有高度整齐有序纳米管结构的Ag/TiO₂纳米管阵列（Ag/TNTAs）为阳极,碳/聚四氟乙烯为阴极构建光电催化（PEC）体系.并探究其光电催化降解甲基橙（MO）效能,结果表明,Ag/TNTAs光电催化降解能力（68.2%）远高于光催化（18.9%）、电化学氧化（38.2%）和直接光解;另外在水质净化厂出水有机质（EfOM）参与的光电体系中,当EfOM的初始浓度小于或等于1.0mgC/L时,其对光电催化降解MO起到促进作用,其中当其浓度为0.4mgC/L时促进作用最为明显.而高浓度的EfOM则抑制光电催化活性.此研究表明光电催化体系能高效催化染料降解,且EfOM能在一定阈值范围内促进光电催化降解污染物.     

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.      

天然麦饭石负载TiO2的光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了二氧化钛负载于天然麦饭石表面热处理后得到复合光催化剂TiO2/麦饭石,并通过N2吸附-脱附、XRD及IR对其进行表征。探讨了以天然麦饭石为载体制备具有较高光催化活性的负载型TiO2/天然麦饭石复合物的各种影响因素:焙烧温度,加投量,pH值等。研究结果表明:200℃焙烧条件下TiO2/麦饭石复合物具有最大的光催化活性,达到了纯TiO2的光催化效果:对罗丹明B脱色率随着光催化剂增多而增大;对罗丹明B在pH值7～9时具有最大的降解率,开拓和优化TiO2光催化效能的新途径。     

TiO2/陶粒光催化降解甲基橙研究

采用溶胶-凝胶法制备了以陶粒为载体的新型、高光催化活性的复合光催化剂TiO2/陶粒,使用XRD、TG-DTA、FT-IR进行表征;以甲基橙为目标降解物,考察了焙烧温度、催化剂投加量、初始pH值等因素对甲基橙去除效果的影响。结果表明:甲基橙初始浓度为100 mg/L时,最佳降解条件是pH=3,焙烧温度700℃,催化剂投加量30 g/L。     

网状Ti/TiO2电极光电催化氧化若丹明B

用阳极氧化法制备出一种网状Ti/TiO₂电极,扫描电镜和拉曼光谱对电极表面TiO₂膜的形貌和晶体结构的检测结果表明:膜的结构和性能受阳极氧化过程中氧化速率的影响,在控制实验条件下,锐钛型TiO₂是其主要结晶形态.若丹明B的光电催化降解和光催化降解的实验结果表明:外加偏压可以有效地提高有机物的光催化降解效率.TOC的测定结果显示,在光电催化氧化过程中,若丹明B几乎完全矿化.若丹明B在光电催化降解过程中,生色基团的破坏与脱乙基作用同时发生.     

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.     

Photoelectrocatalytic degradation of high COD dipterex pesticide by using TiO2/Ni photo electrode

A TiO₂ thin film electrode deposited on porous nickel net (TiO₂/Ni) was prepared by the sol-gel method, and the surface morphology, crystal structure features and the grain size were characterized by Field emission scan electron microscopy (FESEM) and X-ray diffraction (XRD). The photoelectrocatalytic system was set up using a UV high-pressure mercury lamp as the light source, TiO₂ coated on foamed nickel as photo anode, Pt sheet as counter electrode and the pesticide dipterex in synthetic wastewater. Various factors that influence the photoelectrocatalytic decomposition of dipterex pesticide have been studied, such as degradation time, the type of electrolyte, current density, original pH value and different degradation methods. The prepared catalysts were employed to photoelectrocatalytically degrade the pesticide dipterex under UV irradiation, comparing the results with photocatalytic degradation and electrochemical oxidation. The results indicated that under the optimal conditions of 0.02 mol/L NaCl as the supporting electrolyte, current density = 2.5 mA/cm², pH 6.0 and dipterex pesticide 40 mg/L, and reaction time 2 hr, dipterex chemical oxygen demand (COD) removal rate and organophosphorous conversion of up to 82.6% and 83.5% were achieved, respectively. The method of photoelectrocatalytic degradation is more efficient than photocatalysis and electrochemical oxidation. The possible roles of the electrolytes on the reactions and probable mechanisms were also discussed.     

臭氧/纳米TiO2催化氧化去除水中微量硝基苯的研究

在悬浮颗粒搅拌混合反应器中,研究了臭氧/纳米TiO₂催化氧化去除水中微量硝基苯的性能,结果表明,纳米TiO₂催化臭氧化去除硝基苯较单独臭氧氧化有明显的提高,反应20min硝基苯的去除率提高了44%.实验中分别考察了纳米TiO₂热处理温度、催化剂投量、臭氧投量、硝基苯初始浓度、pH值对臭氧/纳米TiO₂催化氧化去除硝基苯的影响.发现550℃烧结得到的纳米TiO₂表现出最好的催化臭氧化活性,在较低的臭氧投量与催化剂用量条件下,硝基苯的去除率可达到56.57%;增大臭氧或者硝基苯的初始浓度,硝基苯的去除率随之提高;但是改变催化剂投量,硝基苯的去除效果几乎不受影响;中性或碱性pH环境利于纳米TiO₂催化臭氧化反应的进行.通过研究叔丁醇对纳米TiO₂催化臭氧化反应的影响,证明反应遵循羟基自由基(·OH)反应机理.     

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.     

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%.