光磁耦合污水处理装置的设计及运行效果分析

基于光催化技术和磁场能够改善污水处理效果的性质,开发了一种光磁耦合污水处理装置。紫外线强度分布的设计计算采用多点源叠加近似辐射模型;磁感应强度的产生选用亥姆霍兹线圈,并采用MATLAB对反应器的磁场进行了磁场强度分布的可视化模拟;采用流体力学软件CFD对装置内流场进行了数值模拟。结果表明,灯管之间的反应器壁附近区域的紫外线强度最小,而在3根紫外灯管间的区域紫外线强度较强且相对均匀;亥姆霍兹线圈内部磁场可近似作为匀强磁场;在该装置反应区存在循环流,有利于提高光磁耦合反应速率。对反应器效果进行验证表明,该反应器对污水的脱色率和COD去除率均较高,磁性光催化剂回收率达到97%以上;光磁耦合法废水处理效果明显高于磁场和光催化作用单独处理效果。     

Ag~+-TiO_2/AC复合材料的可见光吸附-光催化协同作用

采用水热法制备活性炭负载银掺杂纳米Ti O2复合材料(Ag+-Ti O2/AC),对样品进行了TEM、XRD、FT-IR和UV-Vis表征,分析了Ag+-Ti O2/AC的微结构、吸收谱特性和掺杂银离子后的半导体带隙变化,并研究了其在可见光下对甲基橙溶液(MO)的降解性能。结果表明,水热法不需要高温处理即可得到高活性的锐钛矿相纳米Ti O2,Ag+掺杂和AC负载均明显提高Ti O2光催化剂的光催化活性,在可见光下光照180 min,0.2 g/L的Ag+-Ti O2/AC对10 mg/L的甲基橙溶液的降解率为73.7%,主要由于存在持续的活性炭局域强吸附-Ti O2光催化降解协同作用,明显提高了甲基橙的降解效率。     

静电纺丝法制备CaIn2O4-In2O3纳米带及其光催化性能

利用静电纺丝技术原位制备了准一维结构CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带.采用XRD、SEM、TEM、EDS、UV-vis DRS、N_2吸附-脱附曲线等对合成的光催化剂进行表征,并以对苯二甲酸(TA)为分子探针物质,结合荧光技术探讨了光催化反应过程中·OH自由基的变化.以亚甲基蓝(MB)为降解目标物,考察了CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带的光催化活性,并研究了溶液pH及MB初始浓度对其光催化活性的影响.研究结果表明,宽度约为(663±75) nm的CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带由直径约为80 nm的纳米颗粒组成,且纳米颗粒之间有一定的孔隙.模拟太阳光辐照120 min,MB的降解率为76%,且降解过程服从一级动力学模型.CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带在酸性环境中显正电性,且光催化反应体系中·OH自由基的生成量随反应时间线性增加.CaIn_2O_4与In_2O_3的耦合使得合成的光催化剂在模拟太阳光下具有良好的光催化活性.     

ZnIn2S4/g-C3N4光催化降解水中痕量药物卡马西平

本文采用水热合成法制备ZnIn₂S₄/g-C₃N₄复合催化剂应用于水中痕量药物卡马西平（CBZ）的太阳光催化降解,探究实际河水中固体颗粒（SS）,无机盐（IS）和溶解性有机物（DOM）对催化剂活性的影响以及ZnIn₂S₄/g-C₃N₄/浮石负载型催化剂光催化CBZ效果.结果表明,质量比为20：1 ZnIn₂S₄/g-C₃N₄的光催化活性高于ZnIn₂S₄,ZnIn₂S₄与g-C₃N₄异质结构加速了电子-空穴对的分离并抑制其复合、ZnIn₂S₄/g-C₃N₄中孔的增多和比表面积的增加有效提高了催化剂活性.水质参数对催化剂活性的影响顺序为DOM>IS>SS,过滤后河水中CBZ的光催化速率常数比原水提高了13倍;125mg/L催化剂投加量和太阳光照射240min后,100μg/L的CBZ被完全降解.动态试验中CBZ的光催化效率随水流速度的增大而下降;流速5mL/min下循环4次,ZnIn₂S₄/g-C₃N₄/浮石光催化降解与矿化CBZ的效率分别为86.4%和43.9%.     

纳米TiO_2包覆微米Cr_2O_3粒子的制备及表征研究

目的研究室温条件下纳米TiO_2包覆微米Cr_2O_3粒子的物相、显微组织及其光催化活性。方法采用钛酸丁酯为原料,通过酸催化的胶溶-沉淀法制备纳米TiO_2包覆微米Cr_2O_3复合粒子,利用SEM,XPS,XRD,Raman及紫外-可见漫反射光谱等手段对复合粒子进行表征。结果 XPS分析表明,微米Cr_2O_3粒子的表面存在C,O,Ti,Sn,Cr等元素。场发射扫描电镜观察表明,粒径大小为10~15 nm左右的TiO_2颗粒包覆在Cr_2O_3微粒表面,从而形成纳米/微米复合结构。Raman光谱结果显示,空载实验获得的TiO_2颗粒样品呈现锐钛矿型。UV-Vis光谱分析表明,负载Cr_2O_3微粒后使半导体的吸收峰值明显红移,在370,460,600 nm处出现了3个吸收峰,最大吸收波长达到750 nm左右。结论锐钛矿相TiO_2成功包覆在微米Cr_2O_3粒子表面,扩展了复合半导体的光响应范围,有望实现可见光催化活性。     

镍网负载纳米TiO_2光催化反应器对酸性品红脱色效果实验研究

采用负载纳米TiO2的三维镍网装配了光催化反应器,就其对酸性品红溶液进行脱色效果进行了实验研究。考察了反应器的3种装配条件、品红初始浓度、pH值、H2O2投加量、紫外光剂量等因素对酸性品红脱色效果的影响。结果表明:UV灯+镍网+TiO2模式组合的反应器脱色效果最好;在相同的处理时间内酸性品红溶液的脱色率随起始浓度的增大而减小;将酸性品红溶液pH值调至5时脱色效果最明显,70 min的脱色率可高达94.8%。脱色效果还可以通过溶液中添加H2O2和控制紫外线剂量来调节。当溶液中H2O2投加量为0.5 g/L时,处理70 min后的脱色率可高达98.3%;到达反应界面紫外光剂量越多则能够获得越高的酸性品红脱色率。     

CuO-SnO2纳米复合光催化剂的制备及其催化性能

文章用共沉淀法合成了铜锡复合氧化物光催化剂,并用X射线衍射(XRD),紫外-可见漫反射(UV-Vis)和透射电子显微镜(TEM)方法对不同焙烧温度下制得的CuO-SnO2纳米复合氧化物的物相组成、晶粒尺寸及光学性质进行了表征。以酸性蓝62染料溶液为模拟废水,在氙灯(模拟日光)光照下,对CuO-SnO2纳米复合氧化物的光催化活性进行了评价,考察了焙烧温度,焙烧时间和活性组分配比对其催化活性的影响。结果表明:在500℃焙烧3h制得的CuO-SnO(2 Cu与Sn摩尔比1:1)纳米复合氧化物具有最高的光催化活性,同样条件下,其光催化活性比Degussa P25 TiO2提高约1.6倍。     

TiO2催化剂薄膜背光催化的研究

利用TiO₂催化剂薄膜进行光催化反应时,根据光照方式的不同可分为正光催化和背光催化.两者相比,背光催化可以避免光在溶液中的衰减而造成的光能损失.本文研究了背光催化时薄膜的厚度,光源波长的选择,及其非均掺杂V对催化效率的影响,同时与正光催化的情况作了比较.结果表明:与正光催化明显不同,背光催化时催化剂薄膜厚度对应于光源波长有一个最佳值,光源波长也只能选择大约在30 0～388nm之间;非均匀掺杂情况与正光催化相同,能提高薄膜的催化效率.     

Eu掺杂ZnO光催化剂降解垃圾渗滤液实验研究

以醋酸锌(Zn(CH3COO)2)、六水合硝酸铕(Eu(NO3)3·6H2O)、氢氧化钠(Na OH)、聚乙二醇(PEG2000)、柠檬酸为主要原料,采用水热法制备Eu掺杂Zn O复合纳米棒光催化材料粉体。用制备的粉体对城市垃圾渗滤液进行光催化降解实验,研究了反应温度、反应时间、光照条件、掺杂比对其光催化氧化效果的影响,用XRD、TEM、EDS等测试手段对粉体进行了表征。研究结果表明,水热反应温度160℃,时间为6 h,制备的3%Eu掺杂Zn O复合纳米棒的光催化效果较好,在365 nm紫外灯照射下,150 min后垃圾渗滤液的脱色率达40%,COD降解率达62%。     

Super effective Zn-Fe-doped TiO2 nanofibers as photocatalyst for ammonia borane hydrolysis

In this study, the photocatalytic activity of TiO₂ nanofibers toward ammonia borane hydrolysis has been strongly modified by doping the nanostructure by ZnO and Fe₂O₃ oxides. Due to the differences in the work function and band gap energy among the three semiconductors (TiO₂, ZnO and Fe₂O₃), illumination of TiO₂ leads to accumulate the electrons and holes on the conduction and valance bands of Fe₂O₃ and ZnO, respectively. Accordingly, the experimental results indicated that the surface of the obtained nanofibers is very active which results in an instant hydrolysis of ammonia borane molecules reaching the active zone surrounding the nanofibers. Moreover, negative activation energy was determined as increasing the temperature led to decrease the photocatalytic performance. Furthermore, kinetic studies indicated that the heterogeneous catalytic reaction describing the ammonia borane hydrolysis process is zero order which additionally supports the super activity of the introduced nanofibers. It was also observed that Fe₂O₃ content in the introduced nanofibers has distinct influence as the best performance was obtained at 1 wt%. The modified TiO₂ nanofibers were prepared by calcination of electrospun nanofibers composed of titanium isopropoxide, zinc acetate and iron acetate in air at 700 °C for 1 h. Overall, the present study opens a new avenue to overcome the fast electrons/holes recombination dilemma facing TiO₂-based nanostructures.