掺铁TiO2纳米管阵列模拟太阳光光电催化降解双酚A的研究

双酚A(BPA)是一种典型的内分泌干扰物,其处理技术的开发对环境治理和人类健康都非常重要.以氙灯为模拟太阳光光源,掺铁Ti O2纳米管阵列(Fe/TNA)为光阳极,对BPA进行光电催化降解实验研究.通过场发射扫描电镜、X射线衍射以及紫外-可见漫反射表征Fe/TNA的形貌、物相和光吸收性能.结果表明,与纯Ti O2纳米管阵列(TNA)相比,Fe/TNA光吸收边界发生红移,在可见光区的吸收增强.考察Fe掺杂量、电流密度、不同阴极材料下曝气速率等因素对光电催化降解BPA的影响.结果表明,降解反应符合准一级反应动力学方程,在以0.9 mol·L-1Fe(NO3)3浸渍改性的Fe/TNA为光阳极、钛箔为阴极,电流密度为1.15 m A·cm-2的条件下反应4 h,10 mg·L-1BPA降解率可达72.3%,反应速率常数为5.32×10-3min-1,分别是以TNA为光阳极时的1.24倍和1.52倍;曝气可提升光电催化降解BPA的效果,以钛箔为阴极,曝气速率为1.0 L·min-1和以碳布为阴极,曝气速率为0.2 L·min-1条件下降解4 h,BPA的降解率分别可达82.7%和94.1%,反应速率常数分别为7.20×10-3min-1和11.6×10-3min-1.     

Enhanced photocatalytic activity of nanotube-like titania by sulfuric acid treatment

IntroductionTiO2 nanotubehaswidelydrawnmuchattentionduetoitslargesurfaceareaandhighphotocatalyticactivity ,becausetheyhavegreatpotentialforsuchapplicationsasenvironmentalpurification ,decompositionofcarbonicacidgas,andgenerationofhydrogengas .Titaniananot…     

温和水热法合成钛酸盐纳米管及其对水中重金属离子的吸附研究

采用温和水热法一步快速合成了钛酸盐纳米管(TNTs),并应用于对水中重金属离子Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的吸附.通过选择纳米级锐钛矿替代P25型二氧化钛作为反应原材料,成功将水热反应时间从72 h缩短至6 h.TEM,XRD和FT-IR等表征证实了新合成材料的为管状钛酸盐结构.TNTs对3种重金属离子的吸附动力学均符合准二级动力学方程,吸附等温线均符合Langmuir模型,且对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的理论最大吸附量分别高达525.58、214.41和69.65 mg·g~(-1).p H=5时,吸附动力学实验表明对于初始浓度分别为200、100和50 mg·L~(-1)的Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ),在TNTs上的平衡吸附量分别为513.04、212.46和66.35 mg·g~(-1),吸附性能优于传统吸附材料.合成的TNTs结构为三联的[Ti O6]八面体骨架和层间H+/Na+,其吸附机理为金属阳离子与TNTs层间Na+的离子交换.同时,共存离子对吸附的影响实验表明TNTs对重金属离子的吸附存在选择性,即使在较高的共存离子浓度下(10 mmol·L~(-1))TNTs对目标重金属离子的吸附性能依然优异.该研究提供了一种应用钛酸纳米材料高效去除水体重金属离子的方法.     

石墨烯修饰的二氧化钛纳米管电极光电催化去除铜氰络合物研究

首先采用阳极氧化法制备了二氧化钛纳米管电极,进一步通过电化学循环伏安法制备了石墨烯(GO)修饰的二氧化钛纳米管电极.同时,采用SEM对电极的形貌进行了表征分析.光电化学测试分析结果表明,石墨烯修饰二氧化钛纳米管电极的电极光电响应性能得到了提高.最后,采用制备的电极为光阳极,通过光电催化氧化方法对铜氰络合物进行了去除研究.结果表明:在电压为2.0 V的条件下,采用二氧化钛纳米管电极,反应120 min后,剩余总氰的含量及铜的回收率分别为4.0%和96.3%;采用石墨烯修饰的二氧化钛纳米管,反应60 min后,剩余总氰的含量及Cu的回收率分别为0.3%和99%.可以看出,经石墨烯修饰的二氧化钛纳米管显示出了较好的光电催化去除铜氰络合物的效果.     

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.     

TiO_2纳米管催化活性再生处理技术

采用H2O2、Fe2(SO4)3和Fenton溶液对失活的TiO2纳米管进行再生处理,重点考察了3种溶液的浓度和处理时间等对再生效果的影响,初步分析了经处理后TiO2纳米管催化活性得到再生或增强的机理。结果表明,经H2O2溶液处理后TiO2催化活性能得到有效再生,经Fe2(SO4)3和Fenton溶液处理后其催化活性不仅得到再生,还能显著增强,这与H2O2和Fenton的强氧化作用,及进入TiO2纳米管的Fe3+的阻止电子-空穴对再复合作用有关。     

难降解有机污染物与葡萄糖的光电催化协同氧化作用

利用薄层反应器研究了典型的难降解有机污染物——三环癸胺在二氧化钛纳米管阵列电极表面的光电催化降解性能,重点考察了三环癸胺与葡萄糖的光电催化协同氧化作用.研究表明,三环癸胺作为一种化学性质稳定的化合物,在薄层反应器中难以在二氧化钛纳米管阵列电极光电催化中实现完全降解.在三环癸胺COD浓度50—400 mg.L-1条件下,其降解效率均低于30%,且随着三环癸胺浓度的增加降解效率下降.三环癸胺与葡萄糖之间存在着明显的光电催化协同氧化作用,且随着葡萄糖浓度的增加协同作用增强,当葡萄糖与三环癸胺浓度比值大于2时,可以实现三环癸胺的完全降解.在光电催化协同氧化过程中,三环癸胺与葡萄糖的降解并非同步进行,易降解的多羟基葡萄糖所产生的大量羟自由基,可能促进了三环癸胺或三环癸胺中间产物的氧化.该研究也为难降解的有机物的光电催化处理提出了一条新的途径.     

Fenton溶液预处理对TiO2纳米管催化活性的影响

采用Fenton溶液对TiO2纳米管电极进行预处理,研究其对TiO2纳米管催化活性的影响,考察了Fenton溶液的浓度、配比和处理时间等影响因素,研究了Fenton预处理过程中溶液中二价铁和总铁的含量变化,运用X射线光电子能谱仪(XPS)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)对TiO2纳米管电极进行了表征,初步探讨了经处理后TiO2纳米管催化活性再生或增强的机理.结果表明,经Fenton溶液处理后的TiO2纳米管催化活性有明显地提高,Fenton溶液浓度越高,TCs降解率越大(相应于TiO2纳米管催化活性的增强);在一定浓度范围内,H2O2的配比高低对TCs降解率影响较大,其所占比例高,则降解率高,而Fe2+配比高低对TCs降解率影响相对较小.在Fenton溶液处理过程中,溶液中剩余的Fe2+含量较为恒定,总铁的含量呈下降趋势.XPS分析表明,经Fenton溶液处理后,TiO2纳米管电极表面C1s含量降低,O1s、Fe2p含量增大;部分含碳官能团含量明显降低,O1s的电子结合能向高能端位移.     

Ni2+掺杂钛纳米管的制备及其对亚甲基蓝的吸附

采用水热法,以硝酸镍为镍源,利用商业二氧化钛(P25)制备Ni2+掺杂钛纳米管。对样品进行扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和比表面积仪(BET)的表征。结果表明:采用水热法生成了均匀的钛纳米管,管壁多层且两端开口;Ni2+掺杂基本没有改变钛纳米管的形态和晶型结构;掺杂5%Ni2+的钛纳米管的比表面积为233.89 m2/g,大于未掺杂的纳米管(187.52m2/g),远大于原料P25(45.6 m2/g)。以亚甲基蓝溶液为降解对象,研究Ni2+的掺杂量、pH值、振荡时间和温度对Ni2+掺杂钛纳米管吸附性能的影响。Ni2+的掺杂量、pH值、振荡时间和温度对Ni2+掺杂钛纳米管的吸附性能具有显著影响。用非线性回归分析对吸附等温线进行拟合,Langmuir吸附模型比Freundlich吸附模型拟合效果好。     

Si掺杂TiO2纳米管阵列制备、表征及其光催化氧化降解室内典型VOCs

以Na2SiF6/HF为电解液,采用阳极氧化法一步制备了Si掺杂的TiO2纳米管阵列光催化剂,通过SEM、XRD、DRS和EDX等表征手段对制备的催化剂进行了表征,并以甲苯为降解目标物,考察了Si掺杂的TiO2纳米管阵列光催化剂的活性以及各种反应参数对活性的影响.结果表明,TiO2纳米管阵列以锐钛矿和金红石2种晶形存在,Si高分散于TiO2纳米管的管壁上.Si的掺杂提高了TiO2对紫外光的吸收,其禁带宽度与TiO2相比发生了蓝移.Si掺杂的TiO2纳米管阵列具有较大比表面积.当以电解液中Na2SiF6浓度为0.03 mol·L-1,在400℃焙烧1 h制备的Si掺杂的TiO2纳米管阵列为光催化剂时,甲苯的降解率最高,降解率达到60%,与纯TiO2纳米管阵列相比,催化活性提了1倍.