负载型TiO2/MCM-41催化剂在光催化-膜分离耦合工艺中的性能

采用溶胶-凝胶法制备了以介孔MCM-41分子筛为载体的TiO2/MCM-41催化剂,并通过光催化降解酸性红B废水对其在光催化-膜分离耦合工艺中的光催化降解性能和膜污染影响进行了研究。结果表明：TiO2/MCM-41催化剂的废水降解率随TiO2负载量增加、MCM-41分子筛粒径减小和TiO2/MCM-41催化剂粒径减小而呈现出先增大后降低的趋势,而膜通量衰减率在TiO2负载量为80%时最低、同时呈现出随MCM-41分子筛粒径减小而先降低后增大以及随TiO2/MCM-41催化剂粒径减小而不断增大的变化规律,适宜的MCM-41分子筛粒径、TiO2/MCM-41催化剂的TiO2负载量和TiO2/MCM-41催化剂粒径分别为0.61 μm、30%和11.26 μm;TiO2/MCM-41催化剂的光催化降解性能优于商业TiO2的,而膜污染则低于商业TiO2的。     

CO3O4/介孔分子筛催化剂对苯催化完全氧化的研究

分别以介孔分子筛MCM-41、MCM-48、SBA-15为载体,采用等体积浸渍法制备了氧化钴/介孔分子筛催化剂,利用N2吸附、X射线衍射、程序升温还原等技术对催化剂进行了表征,考察了Co3O4的负载量及载体的孔结构对催化剂完全催化氧化苯的性能的影响.结果表明,Co3O4的负载量为20%时,催化剂的催化活性最好;载体的孔径和催化剂的可还原性能是影响催化活性的主要因素,催化剂活性顺序为Co3O4/SBA-15>Co3O4/MCM-41>Co3O4/MCM-48.     

Ba/TiO2/MCM-41光催化降解对硝基苯甲酸

以钛酸丁酯为钛源、MCM-41分子筛为载体,采用溶胶-凝胶法制备了掺杂与负载相结合的光催化剂Ba/TiO2/MCM-41。结果表明:Ba/TiO2/MCM-41是一种比表面积高达341.2 m2/g的介孔材料,主要晶相为锐钛矿相,比P25有更强的紫外光吸收。将Ba/TiO2/MCM-41用于光催化氧化水中的对硝基苯甲酸,当催化剂投加量为0.5 g/L,对硝基苯甲酸初始pH为4、浓度为2×10-4mol/L时,紫外光照30 min后,对硝基苯甲酸降解率达到96.0%。用紫外光谱、红外光谱和高效液相色谱分析对硝基苯甲酸降解前后的变化,发现随着光照时间延长,苯环上的硝基、羧基吸收峰逐渐减弱;对硝基苯甲酸首先被降解为一些中间小分子产物,随着反应进行,小分子物质也逐渐被降解。     

Ba/TiO_2/MCM-41光催化降解对硝基苯甲酸

以钛酸丁酯为钛源、MCM-41分子筛为载体,采用溶胶-凝胶法制备了掺杂与负载相结合的光催化剂Ba/TiO2/MCM-41。结果表明：Ba/TiO2/MCM-41是一种比表面积高达341.2 m2/g的介孔材料,主要晶相为锐钛矿相,比P25有更强的紫外光吸收。将Ba/TiO2/MCM-41用于光催化氧化水中的对硝基苯甲酸,当催化剂投加量为0.5 g/L,对硝基苯甲酸初始pH为4、浓度为2×10-4mol/L时,紫外光照30 min后,对硝基苯甲酸降解率达到96.0%。用紫外光谱、红外光谱和高效液相色谱分析对硝基苯甲酸降解前后的变化,发现随着光照时间延长,苯环上的硝基、羧基吸收峰逐渐减弱;对硝基苯甲酸首先被降解为一些中间小分子产物,随着反应进行,小分子物质也逐渐被降解。     

Pd/MCM-41对乙醇汽油车尾气排放乙醛的吸附和催化氧化性能

以正硅酸乙酯 (TEOS)为硅源,十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB)为模板剂,采用水热合成法制备了MCM-41分子筛,以其为载体采用等体积浸渍法制得Pd/MCM-41催化剂,并用于乙醇汽油车冷启动排放乙醛的净化。采用氮气吸附脱附法(BET)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对Pd/MCM-41理化性能进行表征,并用原位傅里叶变换红外技术研究了Pd/MCM-41在空气氛围下对乙醛的净化机理。结果表明：Pd/MCM-41具有规整的六方孔道、孔径分布均匀、比表面积大的特点;常温下,Pd/MCM-41催化剂可快速吸附乙醛,吸附容量可达105 mg·g-1,而吸附在Pd/MCM-41上的乙醛在180~220 ℃之间即可发生氧化而生成CO2和乙酸。     

巯基修饰MCM-41分子筛的制备及其对Cr(Ⅵ)的吸附动力学

以微硅粉为硅源,CTAB和PEG-6000为模板剂,制备得到MCM-41介孔分子筛,采用后接枝法将巯丙基三甲氧基硅烷引入到MCM-41的表面和孔道内,合成了巯基功能化的MCM-41介孔分子筛(SH-MCM-41)。采用TEM、N2吸附-脱附曲线、TG分析和XPS对样品进行了表征。以巯基功能化的样品为吸附剂,对含Cr(VI)的溶液进行了静态吸附实验,探讨了吸附过程的动力学。结果表明,SH-MCM-41对水中Cr(Ⅵ)的吸附经240 min可基本达到平衡,其理论吸附量为21.3 mg/g;利用准一级、准二级、Elovich方程、粒内扩散模型和班厄姆孔道扩散模型对吸附过程进行模拟,模拟结果表明,吸附过程符合准二级动力学模型,其拟合度R2为0.991,Elovich方程模拟相关系数R2大于0.95,表明吸附过程包含了多种反应机制。结果显示,吸附过程由液膜扩散、颗粒扩散和孔道扩散共同控制。     

Co3O4/介孔分子筛催化剂对苯催化完全氧化的研究

分别以介孔分子筛MCM-41、MCM-48、SBA-15为载体,采用等体积浸渍法制备了氧化钴/介孔分子筛催化剂,利用N₂吸附、X射线衍射、程序升温还原等技术对催化剂进行了表征,考察了Co₃O₄的负载量及载体的孔结构对催化剂完全催化氧化苯的性能的影响。结果表明,Co₃O₄的负载量为20%时,催化剂的催化活性最好;载体的孔径和催化剂的可还原性能是影响催化活性的主要因素,催化剂活性顺序为Co₃O₄ /SBA-15> Co₃O₄ /MCM41> Co₃O₄ /MCM-48。     

微米级负载型TiO_2催化剂在光催化-膜分离反应器中的应用

基于光催化-膜分离三相流化床反应器的结构特点及膜分离特性,以微米级MCM-41分子筛为载体,采用原位生成法制备微米级负载型TiO2催化剂。针对微米级负载型TiO2催化剂在光催化-膜分离反应器中的分布特性、悬浮特性、分离特性及膜污染特性进行研究。结果表明,曝气量一定的情况下,微米级负载型TiO2催化剂在光催化-膜分离反应器中具有良好的悬浮特性,且优于纳米TiO2。随着催化剂投加量的增加,悬浮浓度也随之增加。光催化反应器底部曝气0.3m3/h、催化剂投加量为1 g/L时为宜。膜分离器中催化剂悬浮浓度明显低于光催化反应器;该微米级催化剂与纳米TiO2相比具有不粘附、不堵塞膜孔等优良特性,能够有效降低膜污染,延长分离膜使用寿命。膜底曝气为0.1 m3/h时,反应器连续运行5 h(未加反冲洗)后,微米级负载型TiO2催化剂和纳米TiO2对膜组件的污染程度分别为膜通量衰减率4.3%和37.4%。反应器连续运行72 h,膜组件依然具有很好的分离特性。     

负载铁分子筛催化H2O2对活性艳蓝的脱色

以13X分子筛为载体制备负载铁催化剂,比较了经稀硫酸和氢氧化钠2种不同预处理液处理后催化剂的催化效果。利用制备的负载铁分子筛催化剂协同H2O2对活性艳蓝进行脱色研究,得出当pH=2.03,Ⅱ型催化剂投加量为4.0 g/L,过氧化氢投加量为1.1 g/L,反应时间为4 h时,脱色率最佳可达92%。     

TiO2/MCM-41的制备及对含油污泥热解过程的影响

利用溶胶-凝胶法合成了不同钛含量的MCM-41负载二氧化钛的催化剂（TiO2/MCM-41）,采用红外光谱、扫描电镜、N2-吸附脱附和X-射线衍射对催化剂的结构进行了表征,并首次将其应用于含油污泥热解过程中,利用气质联用质谱仪对回收的油气品质进行了分析。结果表明,添加TiO2/MCM-41能将含油污泥热解油的回收率由76.04%提高到83.88%,热解温度降低21℃,还能改善热解油品质。     

NaY分子筛疏水改性及其对汽车涂装VOCs废气的吸附

针对水分存在条件下分子筛吸附VOCs吸附容量急剧下降的问题,以汽车涂装过程产生的二甲苯、甲苯、乙酸丁酯为VOCs代表,采用三甲基氯硅烷 (TMCS) /正己烷对NaY分子筛进行疏水改性,以提高高湿度条件下分子筛对VOCs的吸附性能。结果表明,最佳的TMCS/正己烷体积比为1:7 (NaY-4) ,在RH=65%条件下,NaY-4对甲苯的吸附量为7.15 mg·g⁻¹,是未改性NaY分子筛吸附量的2.58倍,且经5次吸附脱附循环实验,吸附容量仍保持在92.56%以上。BET、XRD、FTIR及接触角等表征结果表明,改性并未对分子筛的晶型结构造成影响,但会减小其比表面积;改性后Si—CH₃和Si—O—Si疏水官能团增多,接触角由13.2°增加到121.6°,疏水性增强。该研究结果可为分子筛转轮VOCs吸附技术的工业应用提供参考。     

铁锌共掺杂MCM-41构建双酸性中心及其催化臭氧化布洛芬

Fe-MCM-41作为臭氧(O₃)催化剂被广泛关注,但其存在O₃利用率和界面反应效率较低等缺点,这极大限制了其在非均相催化臭氧化领域的应用。为解决这一问题,通过一步水热合成方法制备了具有双酸性中心的Fe-Zn-MCM-41催化剂。不同臭氧化体系对布洛芬(IBP)降解结果表明,反应30 min后Fe-Zn-MCM-41/O₃降解IBP的表观速率常数为0.035 min⁻¹,分别是单独O₃、MCM-41/O₃、Fe-MCM-41/O₃和Zn-MCM-41/O₃的2.9、2.9、1.9和1.6倍。XRD、N₂吸附-脱附、TEM和XPS等表征结果证明,Fe和Zn成功进入MCM-41骨架内并分别作为中酸位点和强酸位点。中酸位点产生的·OH迅速扩散到溶液中,加快溶液中IBP的去除;强酸位点产生的·OH键合在Fe-Zn-MCM-41表面,促进IBP界面氧化。LSV和EIS结果表明,Fe-Zn-MCM-41不仅具有较好的电子传递能力,而且拥有较强的O₃亲和力。Fe-Zn-MCM-41具有较好的循环使用性能,经过5次回收使用后,Fe-Zn-MCM-41/O₃仍可去除55.1%的IBP,去除率远高于其他臭氧化体系。以上研究结果可为非均相催化臭氧化体系在水环境污染控制领域的应用提供参考。     

分子筛改性及其在高湿条件下对甲苯的吸附

为提高分子筛在含水条件下对VOCs的吸附性能,采用表面修饰方法选取三甲基氯硅烷（TMCS）、甲基三甲氧基硅烷（MTMS）、六甲基二硅胺烷（HMDS）等3种不同硅烷试剂对强亲水性的商业NaY分子筛进行改性,对比测试了在干燥和较高湿度条件下样品对甲苯的动态吸附性能。样品表征结果表明,硅烷化改性后分子筛骨架结构未发生明显改变,表面积和孔径均有所减小。采用上述3种试剂改性后,样品的静态水接触角从0依次增加为69.2°、45.2°和19.0°,憎水性明显提高。在甲苯初始浓度为4 500 mg·m-3,相对湿度为80％的固定床实验条件下,改性分子筛对甲苯的吸附量分别增加了78％、73％和34％。     

表面活性剂改性4A分子筛对Cr(VI)的吸附行为

采用浸渍法对4A分子筛进行表面改性,通过引入阳离子表面活性剂,使4A分子筛表面附着季铵型阳离子,并与反离子Br-形成"阴离子交换膜",从而促使更多的Cr(VI)阴离子通过离子交换吸附到改性4A分子筛上,通过X-射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对样品的物相结构和组成进行表征分析。研究表明,表面活性剂的类型和疏水碳氢链结构会影响4A分子筛的吸附能力,十八烷基三甲基溴化铵(OTAB)碳氢链长,在分子筛表面形成的双分子层密,对Cr(VI)的吸附量最大。采用准一级、准二级、Elovich和Bangham动力学模型对六价铬的吸附数据进行拟合,其中准一级动力学方程最符合十八烷基三甲基溴化铵改性分子筛的吸附行为。同时,分别从Langmuir和Redlich-Peterson等温吸附模型获得六价铬的最大吸附量为13.98 mg/g,且改性分子筛以均一表面吸附为主。