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.     

Biogenic C-doped titania templated by cyanobacteria for visible-light photocatalytic degradation of Rhodamine B

Cyanobacteria, which occurred in eutrophic water harvest solar light to carry out photosynthesis with high efficiency. In this work, cyanobacteria （Microcystis sp.） were used as biotemplate to synthesize titania structure. The synthesized titania sample had similar morphology to that of the original template in spite of the fragile unicellular structures and extremely high water content of cyanobacterial cells. Incorporation of biogenic C, as well as the morphology inherited from biotemplate improved visible- light absorbance of the titania structure. The sample exhibited higher visible-light photocatalytic activity than commercial titania photocatalyst Degussa P25 for Rhodamine B （RhB） degradation. Compared with those C-doped titania photocatalysts prepared by other methods, cyanobacteria templated titania photocatalyst offer some potential for competitive advantages. The reported strategy opened up a new use for the cyanobacteria. It could also be used for titania in applications such as treatment of polluted water, dye-sensitized solar cells, or other regions.     

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.     

可见光下掺氮TiO_2分子印迹聚合物的选择性光降解

采用表面分子印迹技术,以溶胶-凝胶法制备的掺氮TiO_2为基质、水杨酸为模板分子、甲基丙烯酸为功能单体、乙二醇二甲基丙烯酸酯和偶氮二异丁腈分别为交联剂和引发剂制备了掺氮TiO_2分子印迹聚合物。通过傅立叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外-可见光漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)和低温N2物理吸附-脱附等技术对制备样品进行了表征。结果表明,样品均为锐钛矿相,粒径10~20 nm且分布均匀;氮掺杂引起光吸收带边红移;表面分子印迹技术在掺氮TiO_2表面形成的有机聚合物层增大了粒径,但改变了回滞环形状及孔径分布,形成了大量孔径为2.2 nm的小孔并增大了比表面积;可见光下对水杨酸、甲基橙、苯甲酸的降解选择系数在1.1~1.7之间,具有良好的选择性。     

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.     

改性Ti4O7阳极对氯霉素的高效电氧化降解

针对传统电化学氧化中阳极是污染物催化氧化的核心,寻找一种具有高析氧电位,高反应活性面积,优良催化活性的阳极是当下亟待解决的问题。为此,选取了亚氧化钛(Ti₄O₇)电极作为基础电极且对其进行过渡金属元素掺杂改性。通过各种表征及降解性能研究发现,所制备改性电极相对于纯Ti₄O₇电极催化性能有所提高。其中,锆(zirconium, Zr)元素掺杂后使得改性电极具有更高的析氧电位和更好的电催化活性。在电流密度为30 mA·cm^-2,初始pH为6.1,电解质为100 mmol·L^-1 Na₂SO₄和10 mmol·L^-1 NaCl的最优条件下,氯霉素的去除率为97.4%。并且该电极具有很好的抗干扰性和稳定性,在不同pH干扰下对氯霉素依然具有较高的降解率(均高于81.1%)。此外,Zr元素掺杂的Ti₄O₇改性电极对氟苯尼考和双氯芬酸钠等药物也具有很好的降解效果...     

Cu-ZnO/膨润土的制备及光催化降解甲基橙废水性能

以溶胶-凝胶法制备了Cu-Zn O/膨润土复合光催化剂,用XRD和FTIR对其结构进行了表征。以光催化降解甲基橙为探针反应,研究了焙烧温度、催化剂用量、反应时间、溶液p H值及光照条件等因素对光催化反应性能的影响。结果表明,在Cu-Zn O/膨润土中,Zn O主要为六方晶系结构,掺杂的Cu2+可能进入Zn O晶格取代了部分Zn2+,Zn O中的部分Zn2+进入了膨润土层间,置换出了部分Al3+,实现了与膨润土的复合。其中,550℃焙烧的Cu-Zn O/膨润土光催化性能最好,当催化剂投加量为1.5 g/L、紫外光照120 min、溶液p H值为6时,该催化剂对20 mg/L甲基橙的降解率高达99.25%。Cu的掺入拓宽了Zn O光谱响应范围,使得该催化剂在可见光或太阳光照下也表现出优良的光催化活性。此外,该催化剂沉降性好,易于回收,且再生回用5次后仍保持良好的光催化活性。     

B,N和Ce共掺杂TiO_2催化剂光催化活性研究

采用溶胶-凝胶法制备出B,N和Ce共掺杂TiO2光催化剂,并用XRD、SEM等表征了其结构特征。以酸性大红染料溶液的光催化降解为探针反应,考察了制备条件对共掺杂TiO2催化剂活性的影响。结果表明,在400℃,当B,N和Ce的原子比为1∶2∶0.1,焙烧3 h时,光催化剂活性最大,大红染料的降解率达到98%。     

掺硫改性TiO2对活性艳红X-3B的光催化降解性能研究

以硫脲为硫的源物质,以钛酸四丁酯为TiO2的前驱体,采用溶胶-凝胶法制备了掺硫改性TiO2光催化剂.以活性艳红X-3B为目标污染物,研究了该催化剂的光催化降解性能,对硫掺杂量、催化剂焙烧温度、溶液pH值以及催化剂添加量等影响因素进行了研究,并采用XRD分析手法对光催化剂进行表征.结果表明,经掺硫改性后的TiO2的催化活性有了很大提高,且硫的掺杂有一个最佳值,即Ti:S的摩尔比为1:1.经掺硫改性的TiO2在可见光区具备一定的催化活性,180 min内对活性艳红X-3B的去除率可达35.1%,且在紫外光区的催化活性优于纯TiO2.     

制革废水中丙烯酸类鞣剂的膜分离特征

针对3种丙烯酸类鞣剂超滤(UF)、反渗透(RO)分离参数进行了实验研究,探索其在废水深度处理中膜去除的可行性,研究结果表明,3种鞣剂在分离参数:浓度为200 mg/L,超滤的操作压力(P UF)为0.11 MPa,反渗透的操作压力(P RO)为0.4 MPa的条件下UF-RO分离,效果最好。其次,丙烯酸类鞣剂对膜通量影响较大,导致产生的清液较少,所以用UF、RO处理含有这类物质的制革废水时,应尽可能对废水进行预处理。最后,丙烯酸类鞣剂分子中含有极性较强的基团时,粒径分离效果不同。