适于工业应用的TiO2纳米管的阳极氧化法制备

通过阳极氧化法制备了适于工业应用的大尺寸二氧化钛纳米管阵列.考察了电极形状和面积、氧化电压、氧化时间、预处理等因素对阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列形貌的影响.结果显示,电极形状对纳米管的制备没有影响;阳极氧化前打磨与否对纳米管也没有影响;氧化电压、氧化时间和电极面积对纳米管的影响较大,只有在合适的电压和时间下才能制成纳米管阵列.电极面积影响电流密度,从而影响纳米管的形貌,试验中电极最大面积为360cm2.通过试验得出工业化制备二氧化钛纳米管阵列的最佳条件是电压20V,电解时间30min,反应前不用进行打磨.实验结果显示制成的纳米管阵列对强酸强碱的耐受力强,完全可以适应工业化废水的pH变化.     

土壤颗粒对纳米TiO_2悬浮稳定性作用机制的实验研究

在不含表面活性剂和含有表面活性剂两种条件下,研究了土壤颗粒对纳米TiO2(nTiO2)悬浮稳定性的影响.结果表明,土壤颗粒降低了nTiO2在水相中的悬浮稳定性.当体系中不含表面活性剂时,nTiO2在土壤大颗粒上的沉积是导致nTiO2脱稳沉淀的主要原因.在含有表面活性剂的溶液中,土壤颗粒降低nTiO2悬浮稳定性的作用变得更加明显了.一方面,表面活性剂加速了土壤颗粒本身的沉降从而增强了nTiO2在其中的沉降,另一方面,表面活性剂在土壤上的强烈吸附促进了表面活性剂-nTiO2在土壤上的沉积.扫描电镜显示,nTiO2不仅吸附在土壤大颗粒上,还会吸附在土壤小颗粒表面.3种表面活性剂中,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)悬浮的nTiO2与土壤颗粒共沉淀现象最明显.除了土壤对CTAB的吸附作用之外,XDLVO/DLVO能量计算显示CTAB体系中土壤颗粒与nTiO2之间存在显著第二极小值,表明nTiO2能够在第二极小值位置与土壤颗粒结合,从而与土壤颗粒一起快速沉淀.     

二氧化钛颗粒的制备及其脱硫吸附性能

采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)在不同烧结温度(340℃,440℃,540℃,640℃)下制备了4种多孔TiO₂颗粒,X射线衍射法(XRD)测得4种样品的晶相均为锐钛矿型.低温77K氮气吸附法计算4种样品的比表面积为79～124m²/g,平均孔径56.8～254.8 A.电子扫描电镜分析了样品的表面结构为多孔高孔隙率结构在固定床中对4种样品进行动态脱硫试验,试验结果表明烧结温度在540℃时制备的样品品质较好,每g TiO₂颗粒可吸附38.9mg的SO₂.以SG 540样品为例,研究了固定床中吸附温度,气相中SO2的浓度以及气体流速对其脱硫吸附性能的影响.与活性炭、沸石物理吸附剂比较,TiO₂颗粒具有较高的脱硫吸附能力.FTIR红外光谱分析法,结合加热脱附试验的结果,得知TiO₂颗粒吸附剂脱硫的机理主要是物理吸附.     

苯酚水溶液光催化降解的盐效应

实验研究了不同浓度的NaCl, KCl, KBr, CaCl₂和Na₂SO₄等电解质对323K下苯酚水溶液光催化降解速度的影响,采用分光光度法测定了光催化降解的动力学曲线.结果表明,各种电解质对苯酚的光催化降解均有抑制作用,且随电解质浓度的增加而增强;盐效应强弱主要取决于阴离子而不是阳离子;对于所研究的体系,阴离子的盐效应作用顺序为Br->SO₄^2->Cl^-.光催化过程的盐效应可能与阴离子对光催化剂表面光生空穴的俘获和稳定作用以及阳离子的电导作用引起催化剂表面光生电子和空穴之间的短路有关.     

S掺杂无定形TiO2的制备及可见光催化活性

以硫脲为硫源,采用溶胶-凝胶法和低温煅烧法制备S掺杂二氧化钛(S-TiO_2),用XRD、TEM、XPS、FTIR和UV-vis DRS等方法对其进行表征,以水溶液中甲基橙(MO)为目标污染物,评价了其在可见光(λ400 nm)下的催化性能。结果表明,300℃条件下制备的S-TiO_2为无定型态,呈不规则表面粗糙的类片状结构;S-TiO~(4+)_2中Ti以Ti~(4+)和Ti~(3+)存在,S分别以S~(6+)和S的氧化态存在并取代TiO_2晶格中部分Ti,形成Ti-O-S结构,缩小了TiO_2的带隙,增强了其在可见光下的光催化活性。S掺杂量对催化活性有一定的影响,S掺杂量为3%的无定形S-TiO_2(300)催化剂对甲基橙有较好的催化降解效果,光生空穴在降解有机物中起重要作用。     

Ag/TiO2光电催化降解染料及出水有机质影响机制

本研究以阳极氧化法结合电化学沉积法成功制备的具有高度整齐有序纳米管结构的Ag/TiO₂纳米管阵列（Ag/TNTAs）为阳极,碳/聚四氟乙烯为阴极构建光电催化（PEC）体系.并探究其光电催化降解甲基橙（MO）效能,结果表明,Ag/TNTAs光电催化降解能力（68.2%）远高于光催化（18.9%）、电化学氧化（38.2%）和直接光解;另外在水质净化厂出水有机质（EfOM）参与的光电体系中,当EfOM的初始浓度小于或等于1.0mgC/L时,其对光电催化降解MO起到促进作用,其中当其浓度为0.4mgC/L时促进作用最为明显.而高浓度的EfOM则抑制光电催化活性.此研究表明光电催化体系能高效催化染料降解,且EfOM能在一定阈值范围内促进光电催化降解污染物.     

二氧化钛涂覆材料对甲苯的光催化降解作用

在自制的模拟小室中对二氧化钛涂覆材料的光催化性能进行了初步研究，在玻璃、瓷砖和日光灯这3种常见材料表面涂覆了二氧化钛，并以甲苯为模型化合物，测试了3种材料的净化性能。结果表明，3者对甲苯均有一定的降解效果，是有实用前景的光催化净化材料。     

纳米二氧化钛与镉对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)生长的拮抗效应及其作用机制

人工纳米材料（MNMs）进入水环境将改变传统环境污染物的环境归趋及其毒性作用,两者的相互作用及其机制一直是环境科学领域的热点问题.迄今为止,已有大量MNMs与现存污染物联合毒性作用的研究成果发表,但其潜在的作用机制,尤其是联合作用下的生物响应机制仍未清楚.本文以典型MNMs——纳米二氧化钛（nTiO₂）与重金属镉（Cd²⁺）为研究目标,以斜生栅藻（Scenedesmus obliquus）为受试生物,考察在等效剂量（毒性比1 ∶1）下不同浓度组合nTiO₂和Cd²⁺对斜生栅藻的联合毒性作用模式及其分子机制.结果表明,等效剂量下Cd²⁺和nTiO₂的72h EC₅₀值对比单独暴露时均有显著升高,呈拮抗效应.进一步开展转录组学分析发现,nTiO₂存在下斜生栅藻能量代谢所涉及的光合作用、叶绿素代谢以及淀粉与蔗糖代谢通路发生了显著上调,与藻细胞抗逆效应相关的精氨酸与脯氨酸代谢通路同样呈正向刺激表现.本文首次报道了nTiO₂与Cd²⁺等效剂量联合暴露下,浮游植物通过改变藻细胞抗逆能力与加强能量代谢来降低毒性的生物响应机制.本研究结果为深入理解MNMs与现存污染物的复合环境健康效应提供重要参考和研究基础.     

Effect of transition metal doping under reducing calcination atmosphere on photocatalytic property of TiO2 immobilized on SiO2 beads

TiO₂ immobilized on SiO₂ (TiO₂/SiO₂) have been prepared by sol-gel method and various ions of transition metals (Cr³⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, and Zn²⁺) were doped on the photocatalyst using wet impregnation method under reducing calcination atmosphere. The photocatalytic activity of metal doped TiO₂/SiO₂ towards phenol degradation under black light irradiation were investigated and compared with undoped TiO₂/SiO₂. The results showed that the photoresponse of Cu²⁺ and Zn²⁺ doped TiO₂/SiO₂ were larger than undoped TiO₂/SiO₂, indicating that the photogenerated carriers were separated more efficiently in Cu²⁺ and Zn²⁺ doped TiO₂/SiO₂. The reactivity was in the order of Cu²⁺ > Zn²⁺ > Ni²⁺ > Cr³⁺ > Co²⁺. The different photoreactivity was ascribed to combine effect of the different ionic radii and photocorrison tendency of the dopants. The sample was also characterized by surface analytical methods such as X-ray diffraction, scanning electron micrograph/electron dispersive X-ray analyzer and UV-Vis absorption spectrum.     

二氧化钛复合型催化剂制备及其微波辅助催化氧化甲苯性能

实验采用溶胶凝胶法和传统浸渍法制备了TiO2-分子筛复合载体及复合载体负载过渡金属与稀土元素催化剂,通过微波辅助催化氧化甲苯的性能实验考察其催化活性.结果表明,复合TiO2明显提高了载体结构的稳定性与耐温性,并使过渡金属铜(Cu)、锰(Mn)和稀土元素铈(Ce)等活性组分在催化剂表面的分散更均匀;在复合载体吸附、吸波性能与多相活性组分催化的共同作用下,Cu-Mn-Ce/TiO2-分子筛催化剂微波辅助催化氧化甲苯的完全燃烧温度仅为175℃,此时甲苯去除率可达99％;15 h的连续性实验表明,TiO2复合型催化剂具有良好的催化活性与稳定性.由催化剂表征分析结果可知,活性组分颗粒的均匀分布与铜、锰氧化物及铜锰尖晶石固溶物等活性相的存在促进了甲苯的催化氧化,锐钛矿型TiO2较高的电子迁移速率与催化剂孔径的增大均有助于甲苯的氧化降解.