卤氧化铋漂浮型光催化剂研究的新进展

卤氧化铋系列光催化剂以可见光催化效率高、原料易得和性能稳定等特点得到广泛的研究,直接应用于实际水体污染的原位修复由于其比重较大,所以存在太阳光利用率低和催化剂无法重复使用的问题。以轻质载体为基础负载制备的漂浮型卤氧化铋光催化剂,可以同时解决以上2个方面的问题,因而得到人们的关注。该文总结了近年来卤氧化铋漂浮型光催化剂研究的最新成果,主要介绍了不同轻质载体负载卤氧化铋的制备方法,如溶剂热法、醇盐水解法和冷冻干燥法等,重点概述了制备工艺对复合光催化材料结构及其催化性能的影响,并对光催化机理进行了简要的归纳。在此基础上,展望了漂浮型卤氧化铋光催化剂的发展方向,为卤氧化铋基光催化剂的实际应用提供参考。     

BiOAc/BiOX(X＝Cl,Br)复合材料的制备及其对混合染料的去除

铋系半导体光催化剂虽然光响应范围广、催化性能稳定,但光生电子和空穴复合率高、光催化效率低,形成二元异质结是解决该问题的有效途径.该研究在室温下,采用化学沉淀法制备花球状BiOAc,然后通过离子交换法与BiOX(X=Cl,Br)复合形成BiOAc/BiOX二元异质结光催化材料.利用XRD、SEM、TEM、N₂吸附解吸等温线、UV-vis DRS、EIS等技术表征材料的晶体结构、光学性质及光生载流子复合情况.以阳离子混合染料〔罗丹明B(RhB)、亚甲基蓝(MB)〕和阴离子混合染料〔靛红(Isatin)、达旦黄(Titan yellow)〕作为目标污染物评定样品的光催化性能及重复使用性;通过捕获试验对BiOAc/BiOX光催化体系中的反应活性物种进行检测,并对光催化机理进行了推测.结果表明:①通过离子交换过程,BiOAc和BiOX成功地复合在一起形成异质结结构.②BiOAc与BiOX的摩尔比为6∶1时,复合材料具有最佳的光催化性能.③BiOAc/BiOBr比BiOAc/BiOCl对阳离子染料的吸附能力更强,有利于染料的光催化降解.④重复试验表明该方法合成的BiOAc/BiOX复合材料具有较好的稳定性.⑤光催化反应过程中起主要作用的活性物种是·O₂-和h+,光生电子在BiOAc和BiOX导带间的传输抑制了电子空穴对的复合,提高了光催化效率.以上研究结果表明,该BiOAc/BiOX复合材料在染料废水的深度处理方面具有潜在的应用前景.      

改性二氧化钛光解水制氢应用的研究进展

能源短缺和全球变暖是当今世界面临的2个主要问题，利用光催化水解制氢技术被认为是最有前途的清洁太阳能转换技术。该文系统介绍了用于光催化水解制氢的二氧化钛光催化材料，二氧化钛、离子掺杂二氧化钛和半导体复合二氧化钛光催化剂的制备方法，基于二氧化钛、离子掺杂二氧化钛和半导体复合二氧化钛光催化剂优异的物理和化学性质，讨论了光催化剂水解制氢的影响因素，综述了在光催化制氢领域的应用，展望了在光催化领域的发展趋势，旨在为进一步研究二氧化钛和二氧化钛基光催化剂的光催化制氢性能相关应用提供参考。     

g-C3N4光催化剂的改性优化研究进展

类石墨氮化碳(g-C_3N_4)具有原材料成本低和电子能带结构独特等优点,且有可见光活性。以g-C_3N_4为催化剂的光催化技术在解决环境污染和能源短缺等问题方面具有广阔的应用前景。但g-C_3N_4也存在光催化活性低和光响应范围小等问题。阐述了数种针对g-C_3N_4的改性和优化方法,包括通过非金属、金属掺杂和共掺杂改性g-C_3N_4光催化剂,设计零维、一维、二维、纳米球及其他结构g-C_3N_4,对其进行分子结构优化,以g-C_3N_4为基础构建Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、肖特基结和Z型异质结结构复合光催化剂,从而增大比表面积、提高电子空穴分离效率、扩展光响应范围等,以提高光催化性能,并讨论了相应的改性方法对光催化性能的影响。最后指出了g-C_3N_4光催化技术目前所面临的问题。     

弹药库房挥发性有机物吸附-光催化降解复合材料研究进展

综述了弹药库房中有毒有害气体的来源和危害,以及去除挥发性有机物的技术方法,介绍了光催化降解理论基础、光催化剂的结构和改性措施、吸附剂的种类和吸附-光催化复合材料的制备方法,指出了当前光催化降解挥发性有机物存在的主要问题,结合弹药库房实际环境,提出了未来主要的研究方向。     

Ti02光催化剂的掺杂改性和固定化研究

纳米TiO2作为光催化剂,由于其化学性质稳定、无毒、价廉等优点,使得纳米TiO2光催化氧化技术在环境领域具有广阔的应用前景,而针对其对可见光利用率低,光生电子一空穴对易复合,在使用过程中回收难,光催化效率不高等问题,近年来科研人员致力于Ti02光催化剂的改性和固定化研究。本文介绍了掺杂改性的不同方法及负载技术的研究进展,其中包括贵金属沉积、金属离子掺杂、非金属掺杂、共掺杂、表面光敏化、复合半导体等,并提出了TiO2光催化剂今后的研究方向及存在的问题。     

纳米片层状BiOBrxI1-x的制备及可见光降解甲基橙研究

卤氧化铋由于具有特殊的层状结构和合适的禁带宽度,表现出良好的可见光催化活性和稳定性。改变卤氧化铋复合物中卤素的组成能调节禁带宽度,优化光催化性能。采用溶剂热法制备了纳米片层状BiOBr_xI_(1-x)固溶体催化剂,利用XRD、SEM和紫外-可见漫反射谱分析了BiOBr_xI_(1-x)固溶体催化剂的结构、形貌和光学特性,并以甲基橙为目标降解物,评价其可见光催化活性。结果表明:与单体卤氧化铋相比,BiOBr_xI_(1-x)固溶体催化剂提高了可见光激发率和载流子转移率,对甲基橙的降解效果更好;当Br/I比为4/6时,BiOBr_xI_(1-x)固溶体催化剂的光催化活性最高,其降解速率常数是组成为40% BiOBr+60% BiOI的机械混合催化剂的2.7倍。通过添加活性组分捕获剂研究其光催化降解机理的结果显示:BiOBr_xI_(1-x)固溶体催化剂光降解甲基橙过程中h~+直接氧化甲基橙分子起主导作用,也存在一定的·O_2~-对甲基橙的氧化作用。     

TiO_2光催化降解VOCs工艺参数研究进展

半导体材料TiO_2光催化降解室内VOCs技术存在降解工艺参数千差万别、可见光利用率低、难以产业化等问题。目前国内外有大量研究以期明确光催化进程的机理、寻求合适的工艺参数从而提高光催化降解效率。VOCs特性、环境条件、光催化剂特性是影响反应进行的主要因素。研究发现,对于室内VOCs浓度水平,提高催化剂的吸附能力是关键,且VOCs之间的吸附竞争可以忽略不计。由于VOCs分子结构不同,不同VOC对空气湿度的响应不同;氧气浓度与温度均在接近室内环境时效率最高;在可见光范围内,降解率较低;接触时间越长,光催化效率越高。对TiO_2进行改性后可以解决光催化效率低的问题,但需要研究经济性与实用性以期实现产业化。     

TiO2光催化剂载体及提高其光催化活性的研究进展

光催化技术是一种新型的绿色环保技术,TiO2是光催化反应中的一种研究较为广泛的光催化剂,其在污水处理以及空气净化等领域具有广泛的应用前景。文章综述了TiO2作为光催化剂的研究现状,着重介绍了TiO2光催化剂载体的研究及TiO2的改性研究。并结合我们在TiO2载体以及提高其催化活性方面所作的一些研究工作,提出一些看法。     

高分子有机膜亲水改性及光催化改性的研究进展

随着高分子有机膜材料在水处理领域中应用的不断加深,膜法水处理技术以其优越的性能,成为中国水质高效处理的主导技术。但膜污染却成为阻碍膜法水处理技术发展的关键性问题,如何有效抑制膜污染的发生关系着膜法水处理技术未来发展的前景,目前已成为众多学者开展研究的核心方向。膜改性技术能够赋予现有膜材料新的功能特性,满足膜材料适用于处理各种复杂水质的同时能够抑制膜污染的发生,成为推动膜法水处理发展的前沿方向。膜亲水改性通过将疏水性的膜材料转变为亲水性,提高其抗污染性能。膜光催化改性通过将光催化剂与膜材料相结合,实现膜分离与污染物光催化降解相耦合,可有效抑制膜污染的发生。文章阐述了目前高分子有机膜材料主要的亲水改性技术,并介绍了膜改性新方向-光催化改性的常用方法。     

纳米TiO2对气相中甲醛光催化降解的研究

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂金属离子的纳米TiO₂光催化剂,运用透射电镜和X射线衍射手段对催化剂的结构进行了表征,并将制备的光催化剂负载于不锈钢丝网、玻璃弹簧和泡沫镍板3种不同载体上,以室内空气典型污染物甲醛气体为模型反应物,研究了3种不同改性纳米TiO₂光催化剂对甲醛气体的光催化作用,3种光催化反应器的催化效率以及环境因素对光催化效率的影响,同时考察了催化剂的失活特征.结果表明:该负载型纳米TiO₂光催化剂具有较高的光催化活性,其中掺镧1.5%(质量分数)的TiO₂对甲醛的降解率最高,60 min达到91.5%,大于掺铁和掺银;泡沫镍板作为负载载体的光催化效率大于玻璃弹簧和不锈钢丝网;循环风量和不同波长紫外光对该光催化反应影响不大,反应中催化剂存在失活现象,但在清洁后能够恢复.      

Enhanced photocatalytic activity of quantum-dot-sensitized one-dimensionally-ordered ZnO nanorod photocatalyst

An efficient photocatalyst was fabricated by assembling quantum dots （QDs） onto one-dimensionally-ordered ZnO nanorods, and the photocatalytic properties for Methyl Orange degradation were investigated by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray diffraction, UV-Vis-NIR absorption spectroscopy and photoluminescence. The results indicate that the catalyst with assembled QDs is more favorable for the degradation than the pristine ZnO nanorods. The QDs with core-shell structure lower the photocatalytic ability due to the higher carder transport barrier of the ZnS shell layer. Besides its degradation efficiency, the photocatalyst has several advantages given that the one-dimensionally-ordered ZnO nanorods have been grown directly on indium tin oxide substrates. The article provides a new method to design an effective and easily recyclable photocatalyst.     

Advances in photocatalytic disinfection of bacteria: Development of photocatalysts and mechanisms

Photocatalysis has attracted worldwide attention due to its potential in solar energy conversion. As a “green” advanced oxidation technology, it has been extensively used for water disinfection and wastewater treatment. This article provides a review of the recent progress in solar energy-induced photocatalytic disinfection of bacteria, focusing on the development of highly efficient photocatalysts and their underlying mechanisms in bacterial inactivation. The photocatalysts are classified into TiO₂-based and non-TiO₂-based systems, as TiO₂ is the most investigated photocatalyst. The synthesis methods, modification strategies, bacterial disinfection activities and mechanisms of different types of photocatalysts are reviewed in detail. Emphasis is given to the modified TiO₂, including noble metal deposition, non-metal doping, dye sensitization and composite TiO₂, along with typical non-TiO₂-based photocatalysts for bacterial disinfection, including metal oxides, sulfides, bismuth metallates, graphene-based photocatalysts, carbon nitride-based photocatalysts and natural photocatalysts. A simple and versatile methodology by using a partition system combined with scavenging study is introduced to study the photocatalytic disinfection mechanisms in different photocatalytic systems. This review summarizes the current state of the work on photocatalytic disinfection of bacteria, and is expected to offer useful insights for the future development in the field.     

Construction of vesicle CdSe nano-semiconductors photocatalysts with improved photocatalytic activity: Enhanced photo induced carriers separation efficiency and mechanism insight

Visible-light-driven photocatalysis as a green technology has attracted a lot of attention due to its potential applications in environmental remediation. Vesicle Cd Se nano-semiconductor photocatalyst are successfully prepared by a gas template method and characterized by a variety of methods. The vesicle Cd Se nano-semiconductors display enhanced photocatalytic performance for the degradation of tetracycline hydrochloride, the photodegradation rate of78.824% was achieved by vesicle Cd Se, which exhibited an increase of 31.779% compared to granular Cd Se. Such an exceptional photocatalytic capability can be attributed to the unique structure of the vesicle Cd Se nano-semiconductor with enhanced light absorption ability and excellent carrier transport capability. Meanwhile, the large surface area of the vesicle Cd Se nano-semiconductor can increase the contact probability between catalyst and target and provide more surface-active centers. The photocatalytic mechanisms are analyzed by active species quenching. It indicates that h+and UO_2~-are the main active species which play a major role in catalyzing environmental toxic pollutants. Simultaneously, the vesicle Cd Se nano-semiconductor had high efficiency and stability.     

AgCl/ZnO/GO光催化降解甲基橙的性能研究

为了提高ZnO对偶氮染料污染物的光催化降解效率,以AgCl和GO（氧化石墨烯）作为改性剂,通过水热法和化学沉积法制备了AgCl/ZnO/GO光催化材料,采用XRD、SEM、XPS、UV-Vis方法对材料的物相组成、微观形貌及光学特性进行表征;以MO（甲基橙）为目标污染物,探究其在可见光下的催化降解性能,考察AgCl含量、催化剂投加量、pH对其可见光催化活性的影响.结果表明:①AgCl的沉积和GO的负载增强了ZnO对可见光的响应能力,提高了光生电子-空穴产生、分离效率,同时增加了材料的分散性及其对MO的吸附率,因此AgCl/ZnO/GO光催化材料对MO有良好的可见光催化降解效率.②AgCl/ZnO/GO对MO的催化降解效率随着AgCl含量的增加而增加,随着催化剂投加量的增加呈先增后降的趋势,溶液pH对其降解效果有一定影响,但不显著.③当AgCl/ZnO（二者物质的量的比）为2:1、AgCl/ZnO/GO投加量为70 mg、pH为7、室温下经过可见光照射50 min后,AgCl/ZnO/GO对质量浓度为10 mg/L的MO的降解率可达98.93%;此外,该催化剂重复使用4次对MO仍具有88%的去除率,显示出良好的稳定性.因此,AgCl/ZnO/GO是一种高效、稳定的可见光光催化剂,在废水净化方面具有良好的应用前景.      

BiVO4光催化降解废水中高浓度磺胺嘧啶的研究

以五水合硝酸铋与偏钒酸铵为原料,采用水热反应法制备了不同晶体结构的钒酸铋(BiVO 4)光催化剂,分析了该催化剂对废水中高浓度磺胺嘧啶的处理效果。结果显示:BiVO 4光催化剂为单斜白钨矿型和四方锆石型,呈片状结构且颗粒分散性较好;磺胺嘧啶的光催化降解率与BiVO 4投加量、光照强度和反应时间呈正相关性,与磺胺嘧啶的初始浓度呈负相关性,随着BiVO 4合成pH值的增大呈先升高后下降的趋势;采用BiVO 4光催化剂处理磺胺嘧啶的最优条件为磺胺嘧啶初始浓度10 mg/L、合成pH=5,投加量0.25 g/L、10000 lux紫外光照下反应4 h,最优条件下的磺胺嘧啶平均去除率达到90.97%。     

Triton X-100 induced cuboid-like BiVO4 microsphere with high photocatalytic performance

A highly active visible light-induced BiVO₄ photocatalyst was prepared by a simple co-precipitation method using ammonia solution as a pH adjustor and Triton X-100 (TX100) as a structure directing agent. The physical properties of the prepared BiVO₄ photocatalyst were investigated by several techniques such as X-ray diffractometer (XRD), Brunauer–Emmett–Teller (BET) surface area measurement, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive analysis (EDS), Fourier-transformed infrared spectroscopy (FT-IR), photoluminescence (PL), and UV–Vis diffused reflectance spectroscopy (DRS). XRD results revealed the existence of a monoclinic scheelite structure in both the unmodified and the modified samples. The TX100 played a crucial role to control the cuboid-like shape morphology of BiVO₄. The DRS results showed that the as-prepared cuboid BiVO₄ possessed enhanced visible light absorption range compared with that of the unmodified BiVO₄. The photocatalytic activity was evaluated via indigo carmine (IC) degradation under visible light irradiation. The modified BiVO₄ showed higher photocatalytic efficiency than the unmodified BiVO₄ and the commercial P25-TiO₂ which could be ascribed to the better charge separation efficiency.     

溴氧化铋可见光催化降解高效氯氰菊酯的研究

在可见光(λ≥420 nm)照射下,利用溴氧化铋(bismuth oxide bromide,BiOBr)作为光催化剂降解农药高效氯氰菊酯(beta-cypermethrin,beta-CP),采用气相色谱仪跟踪检测beta-CP降解过程中的变化,研究了BiOBr在可见光照条件下催化降解beta-CP的特性;同时,探讨了介质pH条件和催化剂用量对其光催化降解效果的影响;采用化学需氧量(COD)测定仪测定了beta-CP光催化体系深度矿化氧化的效果.结果表明,在可见光激发下BiOBr能有效降解农药beta-CP,在实验条件下光催化反应10 h后,beta-CP的降解率达到94.68%;随着催化剂用量和pH的增大,beta-CP的降解速率在不断加快;光催化反应36 h,Vis/BiOBr/beta-CP体系的COD去除率达67.99%.利用对苯二甲酸荧光法和过氧化物酶催化氧化方法跟踪测定光催化过程中氧化物种的变化,结果表明其光催化反应机制涉及·OH氧化过程.