染料结构-光催化降解活性关系初步研究

以近20种水溶性染料为研究对象,选择正辛醇-水分配系数(Kow)、分子最高占据轨道能(EHOMO)及分子最低空轨道能(ELUMO)等理化参数,建立了染料的定量结构-光催化降解反应活性关系模型,得到定量关系式为:lgk＝0.016 28×lgKow 0.132 46×(ELUMO-EHOMO)-2.148 56,很好地表示反应活性与结构之间的定量关系,为水溶性染料的光催化降解活性预测提供了有效的工具.     

La2O3/ZnO/TiO2光催化降解活性艳红K-2BP的研究

采用溶胶-凝胶法制备了La₂O₃/ZnO/TiO₂复合光催化剂,以紫外灯为光源,活性艳红K-2BP为模型降解物,研究了La₂O₃/ZnO/TiO₂的光催化性能。结果表明：当锌和镧的掺杂量w(ZnO)=20%, w(La₂O₃)=0.5%, 煅烧温度为500℃时,La₂O₃/ZnO/TiO₂复合光催化剂的光催化活性最高;当催化剂投加量4 g/L,通气量800 mL/min,初始pH值3.12时,La₂O₃/ZnO/TiO₂对活性艳红K-2BP的降解效果最好。实验证明,La₂O₃/ZnO/TiO₂对活性艳红K-2BP的降解遵从Langmuir-Hinshelwood动力学模型,测得其反应速率常数k＝11.5 mg/(L·min);吸附常数K＝2.88×10^-2 L/mg。     

Fe/TiO2光催化降解水溶液中的4-氯苯酚

以TiO2-P25及FeC2O4为前驱物制备了Fe3 掺杂TiO2光催化剂--Fe/TiO2.X射线衍射结果表明,500 ℃煅烧温度下的Fe/TiO2主要是锐态矿晶型,当掺Fe3 量为0.5%(质量分数,下同)时,Fe3 以取代掺杂形式进入TiO2晶格,而当掺Fe3 量达5.0%时,则出现α-Fe2O3的特征衍射峰;900 ℃煅烧温度下的Fe/TiO2则均为金红石晶型,掺Fe3 量达2.0%～5.0%时,出现Fe2TiO5的特征衍射峰.4-氯苯酚的光催化实验结果表明,煅烧温度及Fe3 掺杂量对Fe/TiO2的光催化活性有显著影响,以煅烧温度500 ℃及掺Fe3 量0.5%的Fe/TiO2为光催化剂,反应80 min,4-氯苯酚的降解率达100%,总有机碳去除率约95%.     

可溶性染料光催化降解研究

本文研究了使用半导体光催化法处理可溶性染料水溶液的降解情况。以直接耐酸大红4BS、酸性红G为例进行了试验。实验表明,在浓度约为10ppm的水溶液中,当高压汞灯照射20～30分钟后,两染料都已脱色,并伴随染料分子中的芳环断裂。     

黑色TiO2/活性炭复合材料的制备及其光催化净化甲醛性能

甲醛是最受关注的室内气态污染物之一。传统甲醛吸附类净化材料存在寿命短、二次污染、废弃物难处理等问题。以钛酸四丁酯为钛源,通过溶胶-凝胶法在氩气气氛下煅烧制备了黑色二氧化钛,采用TEM、XRD、DRS、XPS等技术手段表征了材料的物理、化学、光学特性,并利用连续流表面式光催化反应系统测试黑色TiO₂的甲醛净化性能。结果表明,黑色TiO₂存在表面无序层和氧空位等特征,并在紫外和可见光区域表现出更高的吸光度和更窄的带隙,紫外光下的甲醛单通净化效率可达78%。通过将活性炭与黑色TiO₂复合,可进一步提升材料的甲醛净化效率,并得到在不同流速下活性炭的最佳负载量。黑色TiO₂/活性炭与负载高锰酸钠的活性氧化铝经过16 h的长期性能测试对比,前者累计净化量是后者的1.5倍,且并未出现效率的衰减。本研究可为光催化技术在室内甲醛净化领域的应用提供参考。     

臭氧-二氧化钛光催化技术脱除硫化氢

在连续性反应器内以臭氧-光催化技术氧化硫化氢,证实了臭氧对光催化脱除硫化氢有促进作用,探讨了可能存在的主要基元反应和二氧化钛失活的原因,考察了反应温度、臭氧含量、硫化氢初始体积分数等因素对臭氧-光催化技术脱除硫化氢的影响。结果表明,臭氧在光催化作用下快速分解为活性氧离子或自由基,硫化氢在臭氧和光催化联合作用下快速氧化为二氧化硫,最终转化为硫酸;硫酸在二氧化钛表面的沉积使其催化活性降低,导致硫化氢和二氧化硫的转化率逐渐下降。研究还发现,当硫化氢的初始体积分数为100×10-6时,臭氧和硫化氢的最佳摩尔比约为2:1;臭氧-光催化脱除硫化氢的最佳温度为70℃左右;降低硫化氢的初始体积分数可大幅度降低二氧化硫的选择性。     

ZnO/AgBr复合微纳米球的制备及其光催化降解罗丹明B的性能

使用简单丙三醇-水混合溶剂热法制备碱式碳酸锌微纳米球前驱物,经退火得到ZnO微纳米球,通过液相沉淀法把AgBr纳米颗粒固定在ZnO微纳米球表面,在AgBr 和ZnO之间形成异质结有效地增强了 AgBr/ZnO复合物的光催化活性。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)与紫外可见分光光度计对样品物相、形貌、元素组成及光学性质进行表征。在可见光条件下,研究ZnO及不同AgBr量的ZnO/AgBr复合材料的光催化活性,结果表明：循环修饰5次AgBr的ZnO微纳米球(AgBr颗粒负载质量分数为5%,5%-AZ)样品对罗丹明B的光催化降解性能最好;该复合材料的光催化可重复性使用结果显示循环使用次数的增加,其光催化性能有下降的趋势。通过分析可知在光照条件下 AgBr的分解引起异质结构变化。     

Ag/g-C3N4可见光催化降解磺胺甲恶唑的性能及机理

采用光还原方法成功地制备出了Ag/g-C3N4复合光催化剂,并考察了Ag/g-C3N4光催化剂在可见光下降解磺胺甲恶唑的效能、机理及各反应体系中间产物的生成情况,系统性地探究Ag/g-C3N4可见光降解磺胺甲恶唑的过程。实验结果表明,在g-C3N4中引入Ag纳米颗粒可以提高磺胺甲恶唑的降解效率。经可见光照射60 min后,Ag/g-C3N4-1、Ag/g-C3N4-3、Ag/g-C3N4-5、Ag/g-C3N4-8、Ag/g-C3N4-10降解磺胺甲恶唑的一级动力学常数比g-C3N4分别提高了1.29、1.76、3.41、4.82和7.12倍。这说明在可见光下,Ag/g-C3N4更适合于磺胺甲恶唑的高效降解。在Ag/g-C3N4可见光下降解磺胺甲恶唑的过程中,光生空穴和O2-·是主要活性物种,TP98、TP269和TP283是降解过程中的主要中间产物。其中,TP98主要由O2-·作用生成,TP269由·OH作用产生,而TP283受光生空穴的影响比较大。     

水体中常见无机阴离子对TiO2薄膜光催化降解甲醛的影响

选择了5种水体中常见的阴离子(Cl-,SO2-4,HPO2-4/HPO2-4,HCO-3/CO2-3和NO-3),分别考查了其对TiO2薄膜光催化降解模拟甲醛废水的反应速率的影响;从上述离子的光吸收,对·OH的捕获及其生成的相应的无机自由基的氧化作用以及与甲醛的竞争吸附3个方面讨论了上述离子影响TiO2薄膜光催化降解模拟甲醛废水的反应速率的原因。结果表明,HCO-3/CO2-3对TiO2薄膜光催化降解甲醛具有抑制作用,Cl-和SO2-4的影响不大,H2PO-4/HPO2-4和NO-3具有促进作用。造成上述结果的主要原因是HCO-3/CO2-3具有很强的·OH捕获作用;Cl-,SO2-4对·OH捕获作用以及竞争吸附都较弱;H2PO-4/HPO2-4在TiO2表面具有较强的吸附能力,释放出的H+起到了酸催化剂的作用;NO-3在紫外光的照射下可以产生·OH,此外NO-3作为电子受体而降低了TiO2表面光生电子和空穴的复合几率。     

太阳光/CuMnFe LDHs催化剂/过一硫酸盐体系降解双酚A

利用水热法合成了具有高催化活性的CuMnFe三元金属氢氧化物(LDHs)催化剂,确定了最佳的Cu、Mn、Fe摩尔比,通过XRD、XPS、UV-vis DRS、FT-IR、SEM、TEM、BET等方法对催化剂进行了表征,并探究了催化剂投加量、PMS浓度、溶液pH、阴离子的种类和浓度对体系BPA去除的影响,进而通过LC-MS探究了BPA的降解途径与产物。结果表明：在Fe离子摩尔占比为0.29时,LDHs的结晶度最高,且在Cu与Mn摩尔比为1∶1时,1∶1 Cu/Mn-Fe LDHs具有最强的光利用效率和催化活性。在模拟太阳光照射下,在催化剂用量为0.6 g·L⁻¹和PMS投加量为0.4 mmol·L⁻¹时,15 min内对20 mg·L⁻¹的BPA的去除率可达到93.5%。1∶1 Cu/Mn-Fe LDHs具有良好的稳定性和重复利用性,在初始溶液pH 3~11内可保持良好的催化性能,但其催化性能会在pH为 3~5的酸性条件下有所降低,在pH 为3时BPA的去除率仍达79.3%;溶液中的Cl⁻会促进体系对BPA的降解反应,而H₂PO₄⁻、${{\rm{NO}}_3^{-} }$、${{\rm{HCO}}_3^{-}} $会抑制体系对BPA的降解。此外,还分析了水中阴离子浓度对该体系降解BPA的影响,并探究了不同活性成分对降解相对贡献的大小。结果表明,超氧自由基(O₂^·−)和空穴(h⁺)是本反应体系中最主要的活性成分,PMS掠夺自由电子从而大幅促进了h⁺的产生,而LDHs的过渡金属元素会与PMS形成稳定中间体,通过掠夺其他PMS的电子进而激发产生O₂^·−。