掺杂过渡金属的TiO2/累托石复合材料的制备及其光催化性能研究

以累托石为载体,钛酸四丁酯和硝酸铜为原料,采用溶胶-凝胶法制备出了掺杂过渡金属铜的TiO2/累托石复合光催化材料,并对其进行了X射线衍射(XRD)和红外光谱(FT-IR)的表征.同时考察了复合材料在紫外光照下对对氯苯酚的光催化活性,研究了铜掺杂量和煅烧温度等因素对复合材料光催化活性的影响,探讨了过渡金属掺杂改性TiO2的机理及对氯苯酚的光催化降解机理.实验结果表明:在制备复合材料的过程中,累托石的层状结构遭到一定程度的破坏;复合材料中的TiO2主要是以大部分的锐钛矿型和小部分的金红石型的混合形态存在;负载累托石后复合材料的吸附性能明显增加,掺杂铜的TiO2/累托石复合材料的光催化活性要高于未掺杂铜的TiO2/累托石复合材料,并且当掺铜量为0.5%(质量分数),煅烧温度为500℃时,复合材料对对氯苯酚的光催化去除率达到最大;苯醌类物质可能是对氯苯酚光降解的中间产物.     

TiO2/SBA-15介孔复合材料的制备及光催化性能研究

为增大半导体TiO_2的比表面积,进而提升其光催化性能,同时改善其不易回收的缺陷,该研究以价格便宜、来源广泛的钛铁矿为原料,具有高度有序介孔结构的SBA-15分子筛为载体,通过后合成水解法并调控不同的煅烧温度制得TiO_2/SBA-15复合材料,采用X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、比表面分析仪对样品进行表征。此外,在紫外光照射下,以甲基橙为模拟降解物,考察样品煅烧温度、光催化反应温度对催化效率的影响,对比TiO2/SBA-15复合材料与商用P25的催化效果,分析甲基橙溶液的矿化程度及催化剂的稳定性,并结合活性物种捕获实验提出TiO_2/SBA-15光催化降解甲基橙的机制。结果表明:煅烧温度对催化剂的晶型、比表面积和晶粒大小具有显著影响,煅烧温度为550℃时TiO2/SBA-15的比表面积高达386 m2/g,该催化剂在3 h内对甲基橙的降解率为85.1%,溶液矿化率达62.9%。TiO_2/SBA-15和商用P25光催化甲基橙均符合准一级反应,速率常数分别为0.633 1 h~(-1)和0.350 6 h~(-1),TiO_2/SBA-15复合材料有效提高了光催化活性并维持良好的稳定性。在该光催化体系中,h+和·O_2是起主导作用的活性物种,·OH的影响较小。     

镧掺杂TiO2/g-C3N4复合光催化剂的制备及其可见光催化活性研究

以工业二氧化钛(TiO_2)、硝酸镧(LaN_3O_9·5H_2O)、三聚氰胺(C_3H_6N_6)为原料制备了La掺杂TiO_2/g-C_3N_4复合光催化剂.采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、荧光光谱(PL)等表征方法对光催化剂结构进行分析,表明复合样品中La以La~(3+)形式存在于TiO_2晶体中,并形成TiO_2/g-C_3N_4异质结构,其禁带宽度减小、吸收带边红移,光催化效率有明显提高.以亚甲基蓝为目标污染物评价其光催化活性,镧掺杂量为4%(质量分数)、煅烧温度为520℃、煅烧时间为2 h时,复合样品光催化活性最佳,在12 LED灯下,180 min后对10 mg·L~(-1)亚甲基蓝溶液的去除率达97%.     

金属掺杂对纳米管TiO_2光催化去除水中罗丹明B的影响

采用水热合成法,将Fe(NO3)3·9H2O、ZnCl2和AgNO3对纳米管TiO2进行掺杂,使用TEM、XRD、XPS、比表面积分析仪及UV-visDRS对掺杂后的纳米管TiO2进行表征并考察其光催化氧化去除罗丹明B的效果,从而优选最佳掺杂金属。结果表明,煅烧温度可影响纳米管TiO2锐钛矿相相对含量、比表面积及禁带宽度,进而影响其光催化活性。此外,掺杂金属离子的种类不同,纳米管TiO2的光催化活性也受到影响。500℃煅烧非掺杂纳米管TiO2的存在下,光催化氧化罗丹明B的去除率为98.72%。向纳米管TiO2中掺杂Fe3+、Zn2+及Ag+时,光催化氧化罗丹明B的效果得到提高。对以上三种掺杂金属离子而言,掺杂量为1.0%(原子百分含量)的催化剂的最佳煅烧温度为550℃。其中,Fe3+掺杂纳米管TiO2光催化活性最高,50min内光催化氧化罗丹明B的去除率可达99.0%。     

乙二胺溶胶凝胶法氮掺杂TiO2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%。     

正交法设计Fe、N共掺杂TiO2/Ti液膜可见光光催化处理染料废水

采用溶胶-凝胶法制备了Fe、N共掺杂TiO_2膜电极(Fe,N-TiO_2/Ti),并设计三因素五水平正交试验对电极制备条件进行优化.结果表明,各因素影响主次顺序为:煅烧温度Fe掺杂量N掺杂量;最优制备条件为:煅烧温度550℃,Fe掺杂量0.3%(质量分数),N掺杂量0.3%(质量分数);共掺杂电极光催化活性优于单掺杂和未掺杂电极.紫外-可见漫反射和光电性能测试表明,催化剂有可见光响应;XRD表征结果表明,Fe、N共掺杂细化了晶粒,有效抑制了金红石相的形成,其晶型为锐钛矿型,粒径为11.48 nm.利用Fe,N-TiO_2/Ti与Cu阴极组装成斜置双极液膜反应器,可见光激发光催化降解苋菜红,考察了主要影响因素.结果发现,最佳条件为:初始pH 2.50,废水流量5.1 L·h~(-1),在此条件下处理20mg·L~(-1)苋菜红80 min,脱色率达到91.6%.电极重复使用10次,每次60 min,脱色率下降了12.99%,说明电极稳定性较好.     

不同煅烧温度制备TiO_2及光解2-氯苯甲酸

为了考察煅烧温度对TiO2结构和光催化活性的影响,以酞酸丁酯作为前驱体,利用溶胶-凝胶法在不同煅烧温度下制备TiO2,并用亚甲基蓝测试其光催化活性。TG热重分析表明,450~700℃时TiO2有晶型变化,XRD表征说明,TiO2晶型受煅烧温度影响显著,其中450~600℃煅烧制备的TiO2为锐钛矿型,650℃煅烧时TiO2出现金红石晶型;亚甲基蓝光解实验结果表明,煅烧温度显著影响TiO2的光催化活性,其中,450~600℃煅烧TiO2对亚甲基蓝光解效果较好,光降解2.5h后降解率高达95%~97%;550℃煅烧制备的锐钛矿型TiO2对2-氯苯甲酸有一定光解催化效果,紫外光解4h后降解率高达80%左右,光解过程符合零级动力学模式。     

ZnO-ZnCr2O4混合金属氧化物的制备及其光催化降解双酚A

采用共沉淀法制备前驱体ZnCr-LDH,并在不同煅烧温度下制备ZnCr混合金属氧化物(ZnCr-MMO).同时,利用XRD、SEM、TEM、XPS、PL、UV-vis等对样品的结构、形貌、光学性能进行表征分析.最后,在模拟太阳光照射下,通过光催化降解双酚A研究材料的光催化活性.结果表明,所制备的混合金属氧化物由ZnO和ZnCr_2O_4组成,煅烧温度越高,结晶度越高;与ZnCr-LDH相比,ZnCr-MMO的紫外-可见吸收光谱在紫外和可见光范围均有较强的吸收;随着煅烧温度的升高,ZnCr-MMO荧光光谱强度先减弱后增强;与ZnCr-LDH相比,ZnCr-MMO的光催化活性明显提高,煅烧温度为700℃时制得的ZnCr-MMO光催化活性最高,对BPA的降解率达到75%;该催化剂适于处理pH为5~9的含BPA的废水.     

基于BP神经网络优化制备Cu-Ce/TiO_2及其光催化活性研究

采用Cu和Ce对TiO2进行改性,基于正交实验设计和BP神经网络研究了Cu-Ce/TiO2中Cu-Ce对TiO2的摩尔百分数、Cu-Ce/TiO2中CuCe摩尔比及Cu-Ce/TiO2烧结温度对Cu-Ce/TiO2光催化降解甲醛溶液性能的影响.同时,对Cu-Ce/TiO2制备方案进行了优化,并运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和紫外-可见分光光度计对最佳条件下制备的Cu-Ce/TiO2进行表征.结果表明,优化的制备条件为Cu-Ce/TiO2中Cu-Ce对TiO2的摩尔百分数为2.88%,Cu-Ce/TiO2中Cu-Ce的摩尔比为1∶1,Cu-Ce/TiO2的烧结温度为570℃.共掺杂Cu离子和Ce离子能有效避免掺杂TiO2晶格内部表层和近表层产生较多的位错,从而抑制晶格畸变增大;诱导TiO2中锐钛矿型晶体向金红石型晶体转变的能力增强,有效抑制电子-空穴对的复合,产生介电局域效应.     

Ce-TiO_2/ACF型催化剂低温降解柴油机醛酮的研究

介绍了溶胶-凝胶法制备负载于活性炭纤维的Ce掺杂TiO2催化剂工艺流程;利用TiO2光催化和ACF吸附的协调技术,分析了表征参数、Ce掺杂量、煅烧条件、光照条件、负载次数和重复使用性等因素对降解醛酮污染物的影响。采用液相色谱技术,对生物柴油发动机尾气中的醛酮污染物进行了采样和分析。结果表明:Ce与TiO2的最佳物质的量比为0.25,最佳煅烧温度为400℃,煅烧时间为4.0 h,醛酮最大降解效率为90%,优化后的Ce-TiO2/ACF型催化剂光催化性能好,具有较强的低温降解生物柴油发动机尾气中醛酮污染物的能力。     

纳米ZnO光催化剂的制备及性能研究

以Zn(CH3COO)2·H2O和NH4HCO3为原料,以室温固相反应和微波辐射技术相耦合的方法制备出粒径在19nm左右的ZnO光催化剂,同时以活性艳兰KN-R为模拟染料废水考察了所制备纳米ZnO的光催化性能。结果表明,所制备纳米ZnO具有良好的光催化活性,在适宜的操作条件下,活性艳兰KN-R的脱色率在96%以上,COD的去除率在69%以上。此外,在染料的浓度为30～100mg/L时,ZnO/UV体系光催化降解活性艳兰KN-R符合一级反应动力学模型。     

蜜环菌漆酶对蒽醌类染料的脱色条件优化

利用蜜环菌发酵所得的漆酶,直接对印染工业中常见的两种蒽醌类染料活性艳蓝KN-R和活性艳蓝X-BR进行催化脱色实验,得出了最佳脱色条件.结果表明,活性艳蓝KN-R最适脱色温度为30℃,最适染料浓度为80 mg.L-1,最适酶量为0.25U.mL-1,最适pH值为5,在最优条件下活性艳蓝KN-R最高脱色率达90%以上.活性艳蓝X-BR的最适脱色温度为30℃,最适染料浓度为50 mg.L-1,最适酶量为0.5 U.mL-1,最适pH值为4,在最优条件下活性艳蓝X-BR最高脱色率达70%以上.本研究利用蜜环菌粗漆酶液直接对印染工业中常见蒽醌类染料进行脱色,结果表明蜜环菌粗漆酶液具有良好的脱色效果,蜜环菌漆酶在印染工业染料废水脱色方面具有潜在的应用价值.     

Decolorization of reactive Brilliant Blue KN-R by immobilized cells of Aspergillus ficuum

Aspergillus ficuum was immobilized with sodium alginate, and decolorization of Reactive Brilliant Blue KN-R was studied on immobilized and free Aspergillus ficuum. The optimal preparation condition of the strain immobilization was obtained by the orthogonal test, it is sodium alginate 3%, CaCl2 5%, wet mycelia 30 g/L, calcific time 8 h. It was found that the immobilized cells could effectively decolorize Reactive Brilliant Blue KN-R, the optimum temperature and pH were 33℃ and 5.0, respectively. The kinetics study of decolorization of immobilized cells showed that the decolorization of Aspergillus ficuum immobilized conformed to zero-order reaction model. The decolorization efficiency of immobilized cell compared with that of free cell in different physical conditions. Results showed that the decolorization of immobilized cells with mycelia had the best efficiency. The immobilized cells could be reused after the first decolorization.     

TiO_2光催化降解活性艳兰KN-R的研究

以纳米TiO2为光催化剂,以活性艳兰KN-R为模拟染料废水,研究了溶液pH值、TiO2投加量、H2O2用量及染料初始浓度对染料脱色率的影响。结果表明,活性艳兰KN-R的脱色率随溶液pH值的升高及染料初始浓度的降低而增大;TiO2和H2O2的投加量均存在一个最佳值,在本实验条件下,它们分别为0.5g/L和2.0×10-2mol/L,低于或超过该值都会导致染料脱色率的下降。在适宜的操作条件下,活性艳兰KN-R的脱色率可达98%以上,化学需氧量(COD)的去除率在70%以上。     

Photocatalytic degradation of Acid Blue 62 over CuO-SnO2 nanocomposite photocatalyst under simulated sunlight

The novel CuO-SnO2 nanocomposite oxide photocatalysts were prepared by simple co-precipitation method, and characterized by X- ray diffraction, transmission electron microscopy, N2 adsorption-desorption measurement and UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy. The photocatalytic activities of CuO-SnO2, evaluated using the photodegradation of Acid Blue 62 as a probe reaction under the irradiation of Xenon light, were also found to be related to the calcination temperature and the molar ratio of Cu to Sn. The maximum photocatalytic activity of the CuO-SnO2 photocatalyst was observed to be calcined at 500~C for 3 h （the molar ratio of Cu to Sn was 1：1） due to the sample with good crystallization and high surface area. It also showed much higher photocatalytic activity in treatment dye wastewater under simulated sunlight irradiation compared to Degussa P25 TiO2.     

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.     

应用青霉菌BX1活体吸附水中活性艳蓝KN-R

研究了染料高效吸附菌(青霉菌BX1)的生长条件及其对活性艳蓝KN-R的吸附特性为避免染料对其生长的毒害,本研究将菌体培养及其对染料的吸附分离.结果表明,青霉菌BX1生长分3个阶段:孢子活化、线性生长和菌体自解.菌体生长的最佳温度为30℃,最优碳源依次为淀粉＞木糖＞蔗糖＞麦芽糖＞葡萄糖＞乳糖,最佳pH值为4.0用培养48h的活菌体吸附水中的100mg/L的活性艳蓝KN-R,120min脱色率达93.7%,20℃时菌体(以干菌重计)对染料的最大饱和吸附量为159mg/g.     

不同波长紫外光催化降解活性艳蓝KN-R动力学研究

以蒽醌类染料活性艳蓝KN-R(以下简称KN-R)为对象,以TiO2为光催化剂,实验了不同波段紫外光条件下KN-R的降解过程。结果表明:365 nm和254 nm两种波段对于KN-R的光催化降解过程均符合假一级动力学方程,但是通过对比各初始浓度下活性艳红KN-R的反应速率常数(Kapp)可以发现,在相同紫外灯功率下,短波辐射下的Kapp平均为长波辐射下Kapp的3倍,说明短波紫外更有利于活性艳蓝KN-R的降解。     

可见光响应Pr3+:Y2SiO5/ TiO2薄膜的制备

目的研究层涂法制备Pr~(3+):Y_2SiO_5/TiO_2复合薄膜的结构与可见光催化性能。方法分别以钛酸丁酯(TBOT)和正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,通过溶胶-凝胶法制得TiO_2凝胶和Pr掺杂的Y_2SiO_5凝胶,以碳纤维为薄膜载体,并通过浸渍提拉法制备Pr~(3+):Y_2SiO_5/TiO_2层涂薄膜,研究层涂法制备复合薄膜对复合薄膜结构、形貌以及光催化效果的影响。结果复合薄膜具有明显的分层界限,形貌较平整,有较少龟裂;复合薄膜性能受涂覆次序的影响较大。结论依次将Pr~(3+):Y_2SiO_5和TiO_2涂覆在碳纤维上的复合薄膜具有较好的光催化性能,可见光光照2 h,对亚甲基蓝的脱色率达到94%,其可见光催化效率高于TiO_2薄膜的59%。