远程等离子体改善PVC生物填料表面性能的研究

'通过4种远程等离子体(Ar、He、O₂、N₂)对PVC填料进行表面改性,采用接触角测量和X射线光电子能谱分析(XPS)等手段,分析了改性前后PVC填料表面结构性能,评价了在等离子体表面改性中电子、离子、自由基的影响.结果表明,PVC表面经远程等离子体处理后,其表面润湿性和表面化学成分均发生变化,在最佳表面改性条件(放电功率60W,放电时间3min,Ar气流量为20cm³/s在距放电区40cm)下,PVC表面的(O+N)/C即从7%增加到22%,表面的水接触角从97°下降到15°以下.改性后的PVC填料表面生物膜形成速度加快,生物量显著增加.     

远程氩等离子体提高PVC生物填料挂膜性能的机理研究

采用接触角测定、电子扫描电镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）研究了远程氩等离子体表面改性前后PVC填料表面结构性能的变化,以揭示远程氩等离子体提高PVC生物填料挂膜性能的机理,并对表面改性前后PVC填料进行了细菌挂膜试验.同时,利用＂远程等离子体＂场,评价了等离子体表面改性中电子、离子、自由基的贡献.结果表明,远程氩等离子体可以通过将含氧基团和含氮基团引入PVC填料表面,使其表面极性改变,提高表面润湿性能,使得填料的挂膜性能提高,从而增强了PVC填料的生物亲和性,加强了微生物的附着、固定作用.远程氩等离子体可以在一定程度上抑制电子、离子的刻蚀作用,强化自由基反应.     

铋修饰BiOBr/g-C3N4异质结光催化剂合成及其可见光催化性能研究

以尿素为氮化碳（g-C₃N₄）合成的前驱体,柠檬酸（CA）作为还原剂,以一步溶剂热法制备铋修饰BiOBr/g-C₃N₄异质结型复合光催化剂（简称Bi/BiOBr/g-C₃N₄）.通过调控CA的投加量,实现了对Bi/BiOBr/g-C₃N₄可见光催化的可控制备,并以RhB为目标污染物研究其光催化活性.结果表明：1被还原在BiOBr表面上的Bi金属含量随还原剂CA投加量增加而增加,CA最佳投加量为2 mmol,Bi/BiOBr/g-C₃N₄的光生载流子的分离效率最高、禁带宽度最窄（2.43 eV）.而未采用CA改性的BiOBr/g-C₃N₄,其禁带宽度为2.8 eV.2投加CA能调控BiOBr形貌（如结晶度、尺寸大小以及晶粒平均厚度）,进而调控其光催化活性.当CA投加量为2 mmol时,BiOBr纳米微球大小适中,结晶度最高,晶粒平均厚度最小.3Bi修饰BiOBr/g-C₃N₄光催化剂对RhB的可见光降解率高达99.8%,其光催化降解速率达到0.097 k·min^-1,是BiOBr/g-C₃N₄光催化速率（0.026 k·min^-1）的3.73倍.4Bi/BiOBr/g-C₃N₄异质结光降解机理是：在Bi金属等离子体效应、BiOBr表面氧空缺与异质结的协同作用下,提高了Bi/BiOBr/g-C₃N₄异质结对可见光吸收能力和光生载流子的分离效率,从而实现对RhB的高效降解.     

CuNiFe LDHs/BiO2-x异质结可见光活化过硫酸盐降解环丙沙星

采用水热法成功合成了CuNiFe LDHs/BiO_2-x复合光催化剂,并在可见光照射下用于活化过硫酸盐（PMS）降解环丙沙星（CIP）.由于光催化和PMS活化的协同作用,CIP的去除率高达88.3%.利用XRD、FT-IR、SEM、XPS和UV-Vis DRS等方法对制备的光催化剂进行了表征.确定了CuNiFe LDHs的最佳负载量,并考察了PMS用量、初始pH值和无机阴离子（Cl^-、CO₃^2-和NO₃^-）对降解的影响.电子顺磁共振和自由基捕获实验表明·OH和h⁺是CIP降解的主要活性物种,并提出了该体系可能的降解机制.     

铜卟啉修饰In2TiO5纳米带的制备及其光催化性能

以5,10,15,20-四苯基铜卟啉（CuTPP）和5-（4-氨基苯基）-10,15,20-三苯基铜卟啉（CuAPTPP）为敏化剂,采用溶剂热法成功制备了铜卟啉敏化In₂TiO₅复合光催化剂.利用紫外、FT-IR、XRD、SEM、UV-vis DRS和N₂吸附脱附曲线对所得铜卟啉及复合光催化剂进行表征和分析.结果表明,铜卟啉负载于In₂TiO₅纳米带表面,复合光催化剂的禁带宽度及比表面积出现一定程度的减小,但未改变In₂TiO₅的晶型及形貌.其中,CuTPP敏化In₂TiO₅复合光催化剂的光催化活性最强,在模拟太阳光的照射下,120 min时罗丹明B（RhB）的降解率高达98.9%,而In₂TiO₅纳米带对RhB的降解率仅为33.5%,且循环使用5次后其光催化降解率仍保持在95%以上.     

蒙脱土原位生长MoS2复合材料光催化降解罗丹明B的机理研究

通过在Na⁺-MMT表面生长MoS₂来提高窄带隙半导体光生电子分离速率及稳定性.利用阳离子填充法及水热法成功制备了复合光催化剂Na⁺-MMT/MoS₂,并通过FT-IR、SEM、TEM、Raman、XRD、TG、XPS、UV-DRS和ESR等表征进一步证明了材料的成功负载及光、电化学性能. 同时,以有机染料罗丹明B为待降解染料来评价光催化剂的催化性能,发现其在80 min可有效降解罗丹明B,降解率达96%.经过5次循环使用后,Na⁺-MMT/MoS₂复合光催化剂仍具有较好的光催化性能.因此,利用MMT的表面电负性及稳定的片层结构负载MoS₂,可形成光生电子迁移通道进一步提高电荷迁移速率及光催化剂的稳定性.本研究可为黏土材料调控窄带隙半导体制备环境友好型光催化剂提供新思路.     

Ce/TiO2/g-C3N4异质结的制备及光催化降解PFOA反应机制

采用溶胶凝胶-超声混合法制备了铈/二氧化钛/石墨相氮化碳（Ce/TiO₂/g-C₃N₄）异质结催化剂，通过透射电子显微镜（TEM）、X-射线粉末衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和紫外-可见分光光度计（UV-Vis）等表征了复合材料的结构、晶相、活性基团和光吸收性能，并考察了可见光下该催化剂对模拟全氟辛酸（PFOA）废水的降解效果.结果表明，Ce/TiO₂/g-C₃N₄分散性好，粒径小于20 nm，金属Ce的掺入及TiO₂/g-C₃N₄异质结的生成，有效抑制了光生电子和空穴对的复合，使复合光催化剂禁带宽度减小，光吸收范围增大，光催化性能得到明显提升.在pH值为2，PFOA浓度为4 mg·L^-1，催化剂投加量为1 g·L^-1的条件下，可见光照射180 min后，可降解94.4%的PFOA，脱氟率为38.6%.降解过程符合准一级反应动力学，速率常数为0.522 h^-1.通过HPLC-MS分析降解产物，同时结合氟元素物料平衡的计算结果，认为降解机制主要是以阴离子形式存在的PFOA吸附至表面带有大量正电荷的催化剂表面后，在光生空穴和活性自由基的作用下，以自由基机理逐步脱去CF₂生成短链的PFCAs，同时生成氟离子.     

pg-C3N4/BiOBr/Ag复合材料的制备及其光催化降解磺胺甲唑

通过简易的高温煅烧和共沉淀方法成功制备出pg-C₃N₄/BiOBr/Ag复合材料,通过XRD、SEM、TEM、XPS、UV-Vis、BET和光电流等检测手段对其进行表征,并探究了该复合材料在模拟可见光照射下对10 mg·L^-1磺胺甲唑的降解效果.结果表明,当银单质的负载比例为5%时,pg-C₃N₄/BiOBr/Ag复合材料对磺胺甲唑的降解效果最佳.与pg-C₃N₄、BiOBr单体和二元复合材料pg-C₃N₄/BiOBr相比,pg-C₃N₄/BiOBr/Ag（5%）光催化降解磺胺甲唑的效果显著提升,在30 min内降解率几乎接近100%,反应速率常数（0.2101 min^-1）是pg-C₃N₄/BiOBr的13.15倍.通过自由基猝灭实验,证明在光催化降解过程中,起主要作用的活性物质是空穴（h⁺）、超氧自由基（·O₂^-）和单线态氧（¹O₂）,其中,超氧自由基（·O₂^-）贡献最大.对pg-C₃N₄/BiOBr/Ag进行多次循环实验,证明合成的材料具有良好的循环稳定性能,应用前景良好.     

晶面协同TiO2的制备及其可见光催化特性

以不同氟化物为晶面控制剂,采用超声辅助-溶胶凝胶法制备｛001｝和｛101｝晶面协同的F-TiO₂,借助XRD、TEM和EDS表征其物相结构、微观形貌和元素组成,通过改变氟化物种类和添加量确定F-TiO₂的最佳制备条件,并探讨其可见光催化过程中的主要活性物种及作用机理,研究关键反应参数对F-TiO₂光催化活性的影响.结果表明,引入NH₄F、NaF和HF可调控TiO₂沿｛001｝、｛101｝晶面生长,同时F^-掺杂能够增大材料的比表面积,制备所得材料的光催化性能均高于纯TiO₂.但在NaBF₄调控下合成的TiO₂为锐钛矿/金红石/Na₃TiF₆三相共存的半导体耦合结构,可见光催化活性显著下降.当NH₄F添加量为0.1 g时,材料显示出最强的光催化性能,可见光照射60 min后RhB的降解率为97.24%,矿化率达78.39%.降解反应符合一级反应动力学规律,速率常数为0.1321 min^-1.通过自由基捕获实验和ESR测试发现,h⁺、·OH均以关键活性因子参与F-TiO₂的可见光催化过程.F-TiO₂光催化活性增强主要归因于｛001｝和｛101｝晶面的协同作用和表面异质结的形成,其能有效提高光催化反应过程中光生电子空穴对的分离和迁移效率.在可见光照射下,适当增加催化剂投加量,降低RhB初始浓度,控制溶液为中性环境,可显著提高材料的降解速率.     

BiOCl/TiO2的氯化改性及其新式光生自由基催化反应

采用溶胶凝胶法制备了BiOCl/TiO₂复合催化剂,透射电镜（TEM）照片显示,两种半导体分布均匀、相互连接,形成的异质结可以为电子传导提供有效通道.经过氯化处理的复合材料具备更强的光催化能力,在紫外光条件下对苯的降解率达到90%,是原BiOCl/TiO₂的2倍、纯TiO₂的10倍.本文利用X射线光电子能谱、红外光谱和电子顺磁共振,对表面氯化的机理进行研究.结果表明,氯元素以Ti—Cl的方式吸附在催化剂表面,在光照条件下光生空穴夺取一个电子,使其生成氯自由基,进而配合超氧、羟基,构成一种新型的三自由基光催化体系,使催化降解能力大幅提升.最后,利用实验方法得到了光生氯自由基的直接证据,并构建了该体系的光催化反应机理.     

FeTiO3/TiO2纳米异质结的制备和可见光催化性能

采用水热法和溶胶凝胶法制备了新型FeTiO3/TiO2纳米异质结复合材料,并明确了最优的掺杂比例(0.5%).随后利用X射线衍射能谱(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等手段对该复合材料进行表征,证实了其结晶度、吸光度随掺杂量的规律性变化.电镜照片显示,该复合材料具有蓬松多孔的微观结构,且晶格条纹清晰、分散度高,有利于光电子的传导.对苯的降解实验表明,相比于纯TiO2,该催化剂的气相可见光催化能力大幅提高,降解率提升了3倍,达到40%,而CO2生成量提升了5倍,超过300 ppm.同时,电化学测试和电子顺磁共振谱(ESR)等均证实,FeTiO3的窄能带能够提高TiO2的光响应,实现可见光激发;而二者的能带相互匹配,有助于转移光生载流子,实现电子-空穴的高效分离,进而其光生电子和自由基生成能力大幅增强,因此,表现出了较强、较稳定的光催化活性.     

F-对弱吸附间苯二酚光催化降解效率的提升:游离·OH的作用

传统的光催化降解机制认为是光激发产生的氧化活性物质优先对吸附在催化剂表面的污染物分子进行降解,因此,弱吸附性有机物难以接触到光催化剂并发生降解.为探究提升弱吸附有机物光催化降解的机理,本文构建了一个高暴露{001}晶面TiO_2({001}-TiO_2)降解弱吸附间苯二酚(RE)的光催化体系.实验结果表明,所制备的{001}-TiO_2具有强亲水性,并能提供大量的F~-吸附位点.RE在{001}-TiO_2表面的吸附能力很弱,并且光催化降解效果很差.F~-的加入可使RE的光催化降解速率提升近3倍.通过自由基猝灭实验发现,RE的降解主要取决于溶液中游离羟基自由基(·OH)的作用,由于F~-能与{001}-TiO_2亲水表面的羟基及·OH形成强烈的竞争吸附,从而使·OH游离到溶液中氧化降解RE.EPR测试进一步证实了F~-不仅可以促使TiO_2产生更多的游离·OH,同时也能激发产生更多超氧自由基(·O~-_2),推测·O~-_2主要由有效分离的光生电子与O_2或·OH反应生成.综上,本研究明确了游离·OH对弱吸附RE的光催化降解效率起决定作用,F~-促使游离自由基产生的机制可为弱吸附有机污染物的降解提供新思路.     

CuO-TiO2/导电聚合物纤维复合材料的制备及其光催化性能

利用高压静电纺丝技术,制得含羧基的导电聚合物纤维(聚偏氟乙烯/苯乙烯-马来酸酐共聚物/纳米石墨).水热条件下在纤维表面原位合成了纳米级的TiO2,再通过水热法在TiO2表面制备了微米级的球形CuO颗粒,得到CuO-TiO2/导电聚合物纤维复合材料.运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见吸收光谱仪(UV-Vis)和热失重分析(TGA)对复合材料的结构与性能进行表征,并利用氙灯模拟太阳光进行光催化降解次甲基蓝实验.结果发现,CuO-TiO2/导电聚合物纤维复合材料的降解效率高于CuO-TiO2/非导电聚合物纤维、CuO-TiO2粉体和Degussa P25,光催化降解3.5h时,次甲基蓝的残留率为4.7％.     

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.     

Ti0.7W0.3O2@BiVO4 p-n复合异质结构界面光催化剂的制备及其可见光催化降解苯酚机理的研究

设计并制备了新型Ti_0.7W_0.3O₂/BiVO₄ p-n复合异质结构界面光催化剂应用于可见光条件下降解模拟含苯酚污染物的废水.采用粉末X射线衍射(PXRD)、扫描电镜(SEM)、固体粉末紫外漫反射(DRS)及X射线光电子能谱(XPS)等技术表征了Ti_0.7W_0.3O₂/BiVO₄ p-n复合异质结构界面的性状.结果显示BiVO₄纳米粒子均匀地分布在Ti_0.7W_0.3O₂纳米颗粒周围并构筑了稳定的p-n复合异质结构界面.Ti_0.7W_0.3O₂/BiVO₄ p-n复合异质结构界面光催化剂具有更宽的可见光响应范围和更低的能带宽度.纯BiVO₄和Ti_0.7W_0.3O₂     

静电纺丝法制备CaIn2O4-In2O3纳米带及其光催化性能

利用静电纺丝技术原位制备了准一维结构CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带.采用XRD、SEM、TEM、EDS、UV-vis DRS、N_2吸附-脱附曲线等对合成的光催化剂进行表征,并以对苯二甲酸(TA)为分子探针物质,结合荧光技术探讨了光催化反应过程中·OH自由基的变化.以亚甲基蓝(MB)为降解目标物,考察了CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带的光催化活性,并研究了溶液pH及MB初始浓度对其光催化活性的影响.研究结果表明,宽度约为(663±75) nm的CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带由直径约为80 nm的纳米颗粒组成,且纳米颗粒之间有一定的孔隙.模拟太阳光辐照120 min,MB的降解率为76%,且降解过程服从一级动力学模型.CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带在酸性环境中显正电性,且光催化反应体系中·OH自由基的生成量随反应时间线性增加.CaIn_2O_4与In_2O_3的耦合使得合成的光催化剂在模拟太阳光下具有良好的光催化活性.     

In_2TiO_5纳米带的静电纺丝法制备及光催化性能

以酞酸丁酯(Ti(OC_4H_9)_4)、硝酸铟(In(NO3)3)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)为原料,采用静电纺丝技术制备了In_2TiO_5纳米带.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)和氮气吸附-脱附等温线(BET)等技术对样品进行了表征.考察了In_2TiO_5纳米带在光催化降解罗丹明B(RhB)、甲基橙(MO)、亚甲基蓝(MB)和左氧氟沙星(LEV)过程中的应用性能,研究了不同离子型物质、溶液的pH和MB起始浓度对In_2TiO_5纳米带光催化活性的影响.结果表明:In_2TiO_5纳米带具有正交晶系结构,禁带宽度为3.47 eV,比表面积为20.71 m~2·g~(-1),可应用于4种不同离子型物质的光催化降解,发现光催化效果与被降解物质的表面带电性质有关.在紫外光照射下,90 min,对MB的降解率达98.1%,其降解过程服从一级动力学模型.     

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.     

Mo源改性石墨相氮化碳(g-C3N4)活化过一硫酸盐可见光降解罗丹明B的性能研究

分别以钼酸钠（MA）和乙酰丙酮钼（MC）作为钼（Mo）源,采用热聚合法合成不同类型Mo-C₃N₄材料（MACN和MCCN）,并通过XRD、SEM、XPS、UV-Vis DRS等表征技术探究不同Mo源的引入对g-C₃N₄晶体结构和光学性质的影响.结果表明,Mo的引入增大了g-C₃N₄的晶格间距,以MC为Mo源合成的MCCN催化剂具有更大的比表面积、更宽的可见光响应范围和更低的能带宽度.将所合成的催化剂应用于耦合过一硫酸盐（PMS）可见光催化降解罗丹明B （RhB）研究,发现在催化剂浓度为0.5 g·L^-1、PMS浓度为1 mmol·L^-1、罗丹明B浓度为10 mg·L^-1的条件下,MCCN-4/PMS/Vis催化体系在25 min内对RhB的降解率高达94.1%,分别是MCCN-4/Vis和单独PMS催化体系的5.6和19.2倍,并且RhB光催化降解过程符合一级动力学方程.为进一步探索MCCN/PMS/可见光（Vis）催化体系的最佳工艺条件,系统考察了Mo的掺杂量、催化剂投加量、PMS浓度、污染物浓度、pH值等实际因素对RhB降解效果的影响.同时,循环实验表明,MCCN-4复合催化剂具有良好的稳定性和可重复性,3次循环之后仍保持89.1%的RhB降解率.此外,捕获实验和电子自旋共振测试（ESR）结果表明,在MCCN/PMS/Vis催化体系下,光生空穴（h⁺）和超氧自由基（·O₂^-）作为主要活性物种参与了RhB的降解.