CuFeO2耦合过硫酸盐可见光催化降解过程及机理研究

采用水热合成法制备了CuFeO_2催化剂,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、比表面分析仪和紫外可见漫反射光谱(DRS)对CuFeO_2催化剂的晶体结构、表面形貌、组成元素、比表面积及禁带宽度等特性进行了表征分析.同时,以CuFeO_2为催化剂,加入过硫酸盐(PS),以模拟印染废水中的亚甲基蓝为目标污染物,在可见光照射下,耦合光催化技术与高级氧化技术,构建了CuFeO_2/PS/可见光(Vis)体系,并将其应用于降解亚甲基蓝染料废水.结果表明,与Cu_2O/PS/Vis、Fe_2O_3/PS/Vis体系相比,CuFeO_2/PS/Vis体系在同等条件下具有更好的降解效果.为探究该体系的最佳操作条件和适用的pH范围,系统地考察了催化剂投加量、PS投加量、pH值等因素对亚甲基蓝降解效果的影响.总有机碳含量(TOC)和重复实验表明,CuFeO_2可重复使用4次,该体系的降解效果基本不变,但矿化程度降低8.2%.电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)实验结果表明,反应结束后溶液中残存1.7 mg·L~(-1)Cu(占CuFeO_2投加总量的0.34%)和24.9μg·L~(-1)Fe(占CuFeO_2投加总量的0.05‰),推测其来自于CuFeO_2中金属离子的溶出.此外,对反应后的CuFeO_2进行XRD和SEM表征发现,其物相组成和形貌未明显变化,表明少量的金属溶解对材料稳定性的影响较小.结合自由基掩蔽实验和CuFeO_2能带结构分析发现,该体系良好的降解效果首先得益于耦合反应过程中产生的SO_4~-·,其次是·OH,另外,还有CuFeO_2受光激发产生的光生空穴及其表面键合的Cu(Ⅰ)/Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)氧化还原对的协同作用.     

CH3O·引发的溴酸盐还原机制探究

针对溴酸盐(BrO-3)污染,本研究以三聚氰胺为前驱体制备石墨相氮化碳(g-C3N4)为自由基诱导催化材料.通过XRD、TEM、UV/Vis-DRS对其物相组成和光催化性能进行表征发现,制备的层状g-C3N4有稳定片层结构及可见光响应的禁带宽度(~2.70 e V).可见光照射下,g-C3N4表面产生的光生载流子不能直接还原溴酸盐.然而,若有有机小分子(如甲醇)存在,光催化还原效率迅速增大.通过原位电子顺磁共振谱(EPR)及对材料表面的光电化学测试分析,我们探索了该体系的光催化还原Br O-3的机制.结果表明,g-C3N4带隙较窄其空穴氧化能力较弱,在光催化过程中空穴只能将甲醇分子转化为CH3O·自由基,因而甲醇分子的存在提升了光生载流子的分离效率,加剧了自由基的累积.该自由基具有较高的还原活性,可迅速将水相中的溴酸根还原至溴离子.     

可见光响应杀菌功能活性炭的制备及表征

以TiCl4为钛源,采用酸催化水解法在椰壳炭表面合成TiO2前驱体,在NH3/N2气氛中程序升温处理制得可见光响应杀菌功能活性炭(TiN/GAC).以大肠杆菌(E.coli)为实验菌种,考察了功能活性炭在可见光下的杀菌活性.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)及低温液氮物理吸附对...     

铬掺杂TiO2液相沉积膜可见光下降解甲基橙研究

实验用液相沉积法制备铬掺杂改性的二氧化钛(Cr-TiO2)薄膜电极,并在可见光下利用制备的电极对甲基橙溶液(MO)进行光电降解实验研究.并对制备的薄膜进行光电流(I-t)、交流阻抗(EIS)和Mott-Schottky等电化学相关表征.当掺杂浓度为0.2％时,薄膜电极具有最好的光电催化活性.在以0.2％ Cr-TiO2...     

不同光源下TiO2/ACF同时脱硫脱硝实验研究

实验室制备了负载型二氧化钛光催化剂TiO₂/ACF,利用自行设计的光催化反应器,在紫外和可见2种光源下进行了同时脱硫脱硝试验,确定了最佳的试验条件,比较了2种不同光源下的脱除效率.结果表明,烟气中氧含量、反应温度、烟气含湿量、光照强度等是影响光催化的主要因素,在紫外光源的照射下,负载型TiO₂/ACF光催化剂脱除SO₂和NO的效率分别达到99.7%和64.3%,在可见光源的照射下,负载型TiO₂/ACF光催化剂脱除SO₂和NO的效率分别达到97.5%和49.6%, 5次平行试验结果表明,平行数据的标准偏差S较小.通过反应后吸收液的离子色谱分析,推测了2种不同光源下同时脱硫脱硝的反应机制.     

煅烧结合光辐照提高纳米AgI/TiO_2的可见光响应

为提高AgI/TiO2的可见光响应能力,采用煅烧结合光辐照的工艺对其进行改性.紫外-可见光吸收分析表明,改性AgI/TiO2的敏感光谱范围覆盖了整个可见区,吸收边带从465nm红移至800nm,在500nm处的吸光度提高了近3倍.X-射线衍射分析结果指出,煅烧提高了金红石型TiO2的相对含量,导致禁带宽度从2.89eV降到2.81eV,氙灯辐照进一步增加了锐钛型TiO2、金红石型TiO2和AgI的相对含量,并生成了新的晶体AgCl,使其禁带宽度又降至1.55eV左右.AgCl的产生、AgI和金红石型TiO2相对含量的增加是降低改性材料禁带宽度和增强可见光响应能力的主要原因.研究还表明,只有煅烧后的AgI/TiO2才能通过光辐照来拓宽可见光敏感范围,而且,光辐照中起作用的主要是紫外光,可见光的作用甚小.研究最后提出将2种或2种以上的卤化银负载在纳米TiO2上,更能有效地增强TiO2的可见光响应能力.     

玻璃纤维基Fe(Ⅲ)-TiO2薄膜在可见光照射下去除球形棕囊藻的效果

探讨了以玻璃纤维为基体的纳米Fe(Ⅲ)-TiO2薄膜在可见光照射条件下对球形棕囊藻(Phaeocystis globosa Scherffel)的去除作用.薄膜用溶胶.凝胶法制备,投放入模拟赤潮浓度的棕囊藻培养液中进行除藻实验.实验重点探讨了Fe(Ⅲ)的掺入、基体材料和光照条件对除藻效果的影响.实验结果显示,无光照条件下的Fe(Ⅲ)-TiO2薄膜对藻无去除效果,在可见光照射下Fe(Ⅲ)-TiO2薄膜的除藻效果好于TiO2薄膜;以玻璃纤维为基体的Fe(Ⅲ)-TiO2薄膜除藻效果好于以玻片为基体的薄膜和粉末.在藻液中投加5.0 mg·L-1的以玻璃纤维为基体的Fe(Ⅲ)-TiO2薄膜,光照36 h后,藻液中细胞密度由6.48×106·mL-1降低到0.01×104 ·mL-1,叶绿素a质量浓度由6.66 mg·L-1降低到0.001 mg·L-1,除藻率达到99.9%,除藻过程符合准一级反应动力学方程.研究表明,玻璃纤维基Fe(Ⅲ)-TiO2薄膜在可见光照下可以有效去除棕囊藻,在赤潮治理方面有较好的应用前景.     

AgI/GO/超薄g-C3N4异质结光催化剂的制备及其可见光催化特性研究

以氧化石墨烯（GO）、超薄g-C₃N₄（UCN）、AgNO₃和KI为前驱体,首先通过超声法合成GO/超薄g-C₃N₄（GO/UCN）异质结光催化剂,然后通过化学沉淀法在GO/UCN片层上沉积不同质量分数的AgI纳米颗粒,进一步合成AgI/GO/UCN异质结光催化剂.以罗丹明B（RhB）为目标污染物,测试其可见光催化活性及光催化降解机理.结果表明：（1）当AgI质量分数为30%时,AgI/GO/UCN的可见光催化活性最高,在60 min内对RhB的光降解率达到98.42%;（2） 30%AgI/GO/UCN的最大光吸收边红移至460 nm（UCN为430 nm）,禁带宽度由UCN的2.66 eV缩窄至2.53 eV;其瞬态光电流密度提升至2.251μA·cm^-2(而UCN为1.556μA·cm^-2),电化学阻抗谱电弧半径显著减小;（3）催化剂稳定性良好,重复使用4次对RhB的降解效率仍可达89.61%;（4）对RhB催化氧化起主要作用的...     

双极液膜法可见光光催化降解染料废水

采用溶胶-凝胶法制备了Bi2O3-TiO2/Ti膜电极,X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(DRS)和光电性能测试进行了表征,结果表明,Bi元素掺杂进入了TiO2催化剂,拓展了催化剂的光响应波长,使其在可见光下有较明显的光电响应.将Bi2O3-TiO2/Ti光阳极与Cu阴极组装成双极液膜反应器,在可见光下光催化处理活性艳红X-3B,得出当初始pH值为2.52,废水流量为80mL/min时,处理20mg/L活性艳红X-3B 150min,脱色率可达88%.双极液膜法可见光光催化的初步机理考察表明,光生电子自发由Bi2O3-TiO2表面转移到Cu电极表面,并在Cu电极表面直接还原染料,或与其表面液膜中的溶解氧反应生成H2O2,进而参与染料的氧化,由此可实现Bi2O3-TiO2/Ti的直接氧化和Cu阴极的直接还原和间接氧化的双极双效效果.     

一种新型可见光响应催化剂改性PATFC膜的制备及其抗污染性能

以AgI、氧化石墨烯(GO)和超薄g-C₃N₄(UCN)为前驱体,通过超声结合化学沉淀法合成可见光响应AgI@GO@UCN(AGU)光催化剂,然后采用氮气压滤与界面聚合结合,将AGU负载于支撑基底聚酰胺膜(PATFC膜)表面,得到AGU改性PATFC膜,并对其制备条件及其抗污染性能进行研究。结果表明：改性膜最佳制备条件为：AGU投加量30 mg,间二胺(MPD)水相溶液质量分数1.0‰,MPD浸泡时间2 min,均苯三甲酰氯(TMC)有机相溶液质量分数0.25‰,TMC浸泡时间45 s;在最佳制备条件下,改性膜纯水通量为21.84 L·(m²·h)^-1(抽吸压力0.2 MPa),对刚果红(CR)截留率可达97.80%;亲水性能显著改善,水接触角由57.1°(PATFC原膜)降至40.7°(AGU改性膜);可见光吸收性能提高显著,改性膜最大光吸收边带由原膜的387 nm红移至488 nm;改性膜抗污染性能很好,其比通量由PATFC膜的69.54%提升至92.75%;改性膜具有良好的光催化自清洁特性,光...