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.     

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%.     

V2O5/TiO2催化剂中毒机理的试验研究

选择性催化还原(SCR)催化剂是SCR烟气脱硝技术的核心,是整个SCR系统脱硝效率和经济性的决定因素.本文工作的主要研究思路是以钒钛SCR催化剂为研究对象,研究了H2O和SO2,以及相同含量下K、Na、Ca、Pb的氧化物对钒钛催化剂NO转化率的影响.H2O的存在会抑制V2O5/TiO2催化剂脱硝活性,而SO2在一定程度上促进(V2O5/TiO2)催化剂的SCR脱硝反应,提高NO转化率;碱金属K对钒钛催化剂的钝化作用都是最强,K2O和Na2O的掺入会抑制钒钛催化剂上V2O5的还原能力,而CaO和PbO的掺入对钒钛催化剂上V2O5的还原能力影响较小.     

有机物多相光催化降解反应中催化剂固定化技术研究

以ＴｉＣｌ４和异丙醇为原料,通过化学反应将钛组分以键合方式引入载体多孔硅胶颗粒的表面,经高温处理提高活性,制备出的催化剂以甲基检溶液的脱色反应有很好的光催化活性,与相同量的粉末ＴｉＯ２作用相比,活性升高,经分析测定催化剂颗粒上有３１．０５％的钛成分且表面仍保持硅胶颗粒的骨架结构,具有大比表面和高分散性的优点,利用该方法即可以制备大颗粒载体型ＴｉＯ２催化剂,也可能进一步解决用于实际太阳光废水处理装置     

硼掺杂CeO2/TiO2光催化剂的制备及其活性研究

在三氯化钛和钛酸丁酯水解过程中引入硼酸、硝酸铈,制备了具有可见光活性的硼(B)掺杂CeO₂/TiO₂复合氧化物光催化剂,采用XRD、DRS、XPS等手段进行表征,以偶氮染料酸性红B为模型污染物评估了催化活性.结果表明,硝酸铈加入量影响催化剂的吸收带边,随用量增加,吸收带边红移至481nm(Ce/Ti=1.0,摩尔比),继续增加用量,吸收带边轻微蓝移.催化剂晶相组成与焙烧温度有关,500℃时焙烧样品主要由立方晶型CeO₂和锐钛矿TiO₂组成,焙烧温度高于700℃时,TiO₂转化为金红石型,CeO₂则无显著变化.随焙烧温度升高,催化剂吸收带边明显蓝移,综合考虑催化剂稳定性和太阳能利用,认为500℃焙烧较为合适.B1s XPS显示仅有少量B原子进入复合氧化物晶格取代了氧原子,主要以B₂O₃形式存在.酸性红B降解试验显示B掺杂CeO₂/TiO₂可以提高TiO₂的催化活性,紫外光辐射10min最高可使96.0%的酸性红B分解,且反应彻底,表现出较强的氧化能力,但Ce/Ti>0.5(摩尔比)时催化活性显著下降.     

Photocatalytic degradation of methylbutandioic acid (MBA) in aqueous TiO2 suspension: influences of MBA adsorption on the solid semi-conductor

In the present work we describe the photocatalytic degradation of methylbutandioic acid (MBA), focusing particularly on adsorption of the MBA on TiO₂ surface. We observe a very fast surface carboxylate formation, a decrease of the surface carboxylates during the reaction and an apparent zero order kinetic for the degradation of MBA. We conclude that the main way of MBA degradation is its reaction in the solution, and not on the surface of TiO₂. The influence of the surface carboxylates on the efficiency of the catalyser is under study.     

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.     

Fe2O3添加对钛基SCR催化剂表面硫酸氢铵分解行为的影响规律

采用共沉淀法合成了TiO_2及TiO_2-Fe_2O_3载体,并对硫酸氢铵与上述载体之间的相互作用及硫酸氢铵的具体分解行为进行了研究.结果表明,催化剂载体表面含硫官能团主要以双齿硫酸盐的形式存在,含氮官能团以铵根离子的形式存在.当硫酸氢铵沉积于催化剂载体表面时,由于硫酸根离子具有较强的电负性,Ti原子及Fe原子处于电子缺失状态.对于TiO_2载体,硫酸根离子主要与Ti原子相连;而对于TiO_2-Fe_2O_3载体,Ti原子及Fe原子均为硫酸根离子主要的附着位点.采用热分析方法及原位红外对硫酸氢铵在TiO_2及TiO_2-Fe_2O_3载体表面的分解行为进行了研究,发现铁氧化物的添加显著促进了硫酸氢铵在低温区间内的分解行为;与铵根离子相比,硫酸根离子具有更高的热稳定性.催化剂稳定性测试结果表明,铁氧化物的添加显著提高了低温抗硫抗水性能,为实现低温SCR技术的工业应用提供了理论基础.     

CO2 adsorption using TiO2 composite polymeric membranes: A kinetic study

CO₂ is the main greenhouse gas which causes global climatic changes on larger scale. Many techniques have been utilised to capture CO₂. Membrane gas separation is a fast growing CO₂ capture technique, particularly gas separation by composite membranes. The separation of CO₂ by a membrane is not just a process to physically sieve out of CO₂ through the controlled membrane pore size. It mainly depends upon diffusion and solubility of gases, particularly for composite dense membranes. The blended components in composite membranes have a high capability to adsorb CO₂. The adsorption kinetics of the gases may directly affect diffusion and solubility. In this study, we have investigated the adsorption behaviour of CO₂ in pure and composite membranes to explore the complete understanding of diffusion and solubility of CO₂ through membranes. Pure cellulose acetate (CA) and cellulose acetate-titania nanoparticle (CA-TiO₂) composite membranes were fabricated and characterised using SEM and FTIR analysis. The results indicated that the blended CA-TiO₂ membrane adsorbed more quantity of CO₂ gas as compared to pure CA membrane. The high CO₂ adsorption capacity may enhance the diffusion and solubility of CO₂ in the CA-TiO₂ composite membrane, which results in a better CO₂ separation. The experimental data was modelled by Pseudo first-order, pseudo second order and intra particle diffusion models. According to correlation factor R², the Pseudo second order model was fitted well with experimental data. The intra particle diffusion model revealed that adsorption in dense membranes was not solely consisting of intra particle diffusion.     

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.      

UV/TiO2/H2O2体系对制药废水二级出水的处理特性研究

以某制药企业的二级出水为研究对象,对比了UV/TiO₂、UV/H₂O₂、UV/TiO₂/H₂O₂ 3种高级氧化工艺的处理效果,利用自主设计的一体化光催化装置进行了连续动态试验,并通过凝胶渗透色谱（GPC）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、三维荧光光谱（EEM）、斑马鱼急性毒性试验等方法研究了处理前后有机物特性和生物毒性的变化.结果表明,与UV/TiO₂和UV/H₂O₂体系相比,UV/TiO₂/H₂O₂光芬顿体系对有机物的去除效果更好,当TiO₂投加量为1 g·L^-1,H₂O₂投加量为100 mg·L^-1时,处理效果达到最佳.一体化光催化装置能够利用UV/TiO₂/H₂O₂光芬顿技术快速高效地降解二级出水中的有机污染物,反应30 min时COD去除率达到50%以上.经UV/TiO₂/H₂O₂深度处理后,废水中的大分子有机物分解转换为小分子,有机物中的不饱和结构明显减少,腐殖质等溶解性有机物基本降解完全.毒性试验结果表明,该二级出水的生物毒性经深度处理后显著降低,对斑马鱼胚胎不存在致畸致死效应.     

TiO2催化剂薄膜背光催化的研究

利用TiO₂催化剂薄膜进行光催化反应时,根据光照方式的不同可分为正光催化和背光催化.两者相比,背光催化可以避免光在溶液中的衰减而造成的光能损失.本文研究了背光催化时薄膜的厚度,光源波长的选择,及其非均掺杂V对催化效率的影响,同时与正光催化的情况作了比较.结果表明:与正光催化明显不同,背光催化时催化剂薄膜厚度对应于光源波长有一个最佳值,光源波长也只能选择大约在30 0～388nm之间;非均匀掺杂情况与正光催化相同,能提高薄膜的催化效率.     

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.     

SiO2纳米颗粒内嵌强化介孔TiO2单晶光催化降解盐酸四环素

吸附性能和光生载流子的分离效率是决定光催化降解抗生素的主要因素.为提高介孔TiO_2单晶(MSCs)的吸附性能和光生载流子的分离效率,在MSCs内部构建SiO_2纳米颗粒吸附结构.同时,利用表面光电压谱、氮气等温吸附-脱附、X射线衍射等研究其结构特性.最后,以盐酸四环素为抗生素代表,通过控制SiO_2纳米颗粒比表面积,考察SiO_2对复合材料吸附及光催化性能的影响.结果表明,SiO_2纳米颗粒与TiO_2单晶复合显著提高了材料的吸附性能,表面保护蚀刻进一步提升了材料的比表面积.实验条件下,高比表面积SiO_2-TiO_2单晶复合材料(KSiO_2@TiO_2)对盐酸四环素的平衡吸附量、降解效率、降解速率常数和矿化率分别达到了0.96 mg·g-1、90.2%、0.0079 min-1、54.4%,分别是MSCs的4.4、1.5、2.6和3.1倍.副产物分析表明,SiO_2复合介孔单晶材料更易将盐酸四环素降解为小分子物质.     

Surface modification of polypropylene non-woven fibers with TiO2 nanoparticles via layer-by-layer self assembly method: Preparation and photocatalytic activity

Polypropylene (PP) meltblown fibers were coated with titanium dioxide (TiO₂) nanoparticles using layer-by-layer (LbL) deposition technique. The fibers were first modified with 3 layers of poly(4-styrenesulfonic acid) (PSS) and poly(diallyl-dimethylammonium chloride) (PDADMAC) to improve the anchoring of the TiO₂ nanoparticle clusters. PDADMAC, which is positively charged, was then used as counter polyelectrolyte in tandem with anionic TiO₂ nanoparticles to construct TiO₂/PDADMAC bilayer in the LbL fashion. The number of deposited TiO₂/PDADMAC layers was varied from 1 to 7 bilayer, and could be used to adjust TiO₂ loading. The LbL technique showed higher TiO₂ loading efficiency than the impregnation approach. The modified fibers were tested for their photocatalytic activity against a model dye, Methylene Blue (MB). Results showed that the TiO₂ modified fibers exhibited excellent photocatalytic activity efficiency similar to that of TiO₂ powder dispersed in solution. The deposition of TiO₂ 3 bilayer on the PP substrate was sufficient to produce nanocomposite fibers that could bleach the MB solution in less than 4 hr. TiO₂-LbL constructions also preserved TiO₂ adhesion on substrate surface after 1 cycle of photocatalytic test. Successive photocatalytic test showed decline in MB reduction rate with loss of TiO₂ particles from the substrate outer surface. However, even in the third cycle, the TiO₂ modified fibers are still moderately effective as it could remove more than 95% of MB after 8 hr of treatment.     

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.     

Effect of TiO2 calcination temperature on the photocatalytic oxidation of gaseous NH3

Carbon-modified titanium dioxide(TiO2) was prepared by a sol-gel method using tetrabutyl titanate as precursor, with calcination at various temperatures, and tested for the photocatalytic oxidation(PCO) of gaseous NH3 under visible and UV light. The test results showed that no samples had visible light activity, while the TiO2 calcined at 400℃ had the best UV light activity among the series of catalysts, and was even much better than the commercial catalyst P25. The catalysts were then characterized by X-ray diffractometry, Brunauer-Emmett-Teller adsorption analysis, Raman spectroscopy, thermogravimetry/differential scanning calorimetry coupled with mass spectrometry, ultraviolet-visible diffuse reflectance spectra, photoluminescence spectroscopy and in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy. It was shown that the carbon species residuals on the catalyst surfaces induced the visible light adsorption of the samples calcined in the low temperature range( 300℃). However, the surface acid sites played a determining role in the PCO of NH3 under visible and UV light over the series of catalysts. Although the samples calcined at low temperatures had very high SSA, good crystallinity, strong visible light absorption and also low PL emission intensity, they showed very low PCO activity due to their very low number of acid sites for NH3 adsorption and activation. The TiO2 sample calcined at 400℃ contained the highest number of acid sites among the series of catalysts, therefore showing the highest performance for the PCO of NH3 under UV light.     

PbO2/TiO2-NT/Ti电极的制备及电催化性能研究

采用阳极氧化法制备了TiO_2纳米管(TiO_2-NT),研究了阳极氧化时间对TiO_2-NT形貌与结构的影响.结果表明,氧化时间为180 min时,TiO_2-NT排列紧密,管口形状接近圆形,管径为93 nm左右.以TiO_2-NT为底层采用电沉积法制备PbO_2/TiO_2-NT/Ti电极,PbO_2/TiO_2-NT/Ti电极与传统PbO_2/SnO_2-Sb2O3/Ti电极形貌、结构、电化学性能、使用寿命对比分析结果表明,与PbO_2/SnO_2-Sb2O3/Ti电极相比,PbO_2/TiO_2-NT/Ti电极具有较小的晶粒尺寸、较高的催化氧化活性和较长的使用寿命.     

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.     

Fe3O4/TiO2-H2O2非均相类Fenton体系对3，4-二氯三氟甲苯的降解

用Fe_3O_4/Ti O_2-H_2O_2体系对3,4-二氯三氟甲苯(3,4-DCBTE)进行降解反应研究,同时考察了pH值、催化剂投加量、H_2O_2投加量、温度等因素对3,4-DCBTE降解效率的影响.实验结果表明,Fe_3O_4/Ti O_2-H_2O_2非均相类Fenton体系对3,4-二氯三氟甲苯的处理效果极佳;并且在H_2O_2投加量为45.0 mg·L~(-1)、Fe_3O_4/TiO_2的物质的量比为1∶1、pH=3.0、温度为40.0℃的条件下反应效果最佳,去除率高达99.1%.同时从实验结果可以看出,pH在2.0~7.0范围内该体系对3,4-二氯三氟甲苯均有降解效果,说明该体系相比于传统的Fenton体系有较宽的pH适用范围.目标污染物的降解符合一级反应动力学,其发生反应所需的活化能为36.9 k J·mol~(-1).