具有高光催化活性的两亲性TiO_2 Janus粒子的制备（英文）

随着工业技术和社会经济的快速发展,水污染问题日益严重.尤其是化工原料和产品在生产、储存和运输过程中发生的事故,造成大量有机物进入水体,对自然环境造成极大危害.特别是在海洋中发生大规模的泄漏事故时,通过简单的物理方法如吸附、萃取等能够回收大部分资源,但在水体中仍有高浓度的污染物以油滴的形式存在,难以进一步去除.二氧化钛光催化技术在处理高浓度、难降解有机废水方面具有独特优势,但由于其强亲水性导致与污染物接触面积受限,降解效率不高.Pickering乳液是一种界面催化新技术,是由具有两亲性的胶体粒子代替传统表面活性剂形成的油水分散体系,固体粒子吸附在油/水界面,提高了固液接触面积,由此构成了无数个强化反应的微反应器.本文将光催化技术与Pickering乳液优势结合,实现催化剂与有机物界面面积的最大化,从而提高降解效率.首先采用拓扑选择表面改性法用硬脂酸改性二氧化钛制备Janus粒子,在此基础上用制得的二氧化钛Janus粒子构筑Pickering乳液光催化降解体系,研究其对有机废水的降解效率.FM和HRTEM表征结果显示,硬脂酸均匀分布在TiO_2的一侧,符合Janus粒子的结构特征.与纯TiO_2相比,TiO_2 Janus粒子的接触角从14.6°增大到72.9°,具备一定的亲水亲油性,可以有效润湿油性有机物,说明TiO_2 Janus粒子可以构筑稳定的Pickering乳液光催化体系.乳液稳定性实验表明,以TiO_2 Janus粒子为乳化剂的乳液稳定时间长达15 d,明显优于TiO_2和STA-TiO_2.降解高浓度煤油废水和硝基苯废水的实验表明,与纯TiO_2和STA-TiO_2相比,TiO_2 Janus粒子的光催化效率有明显提高,紫外灯辐照120 min后,硝基苯的降解率达到98.9%,约是纯TiO_2的2倍,STA-TiO_2的1.3倍,煤油的降解率也达到89%.采用叔丁醇、对苯醌、乙二胺四乙酸二钠和过硫酸钾作为捕获剂对TiO_2 Janus粒子的光催化机理进行了研究.结果表明,羟基自由基在硝基苯降解过程中起主要作用,光生空穴和超氧自由基起次要作用.TiO_2 Janus粒子能够高效降解有机物归因于粒子的亲油性提高,增大了催化剂粒子与有机污染物的界面接触面积,强化了羟基自由基迁移到有机污染物表面的速率,从而显著提高了光催化效率.

磁性光催化剂Fe_3O_4/SiO_2/TiO_2的制备及光催化降解苯酚

采用撞击流-旋转填料床辅助沉淀法连续制备Fe_3O_4磁性纳米颗粒,然后采用溶胶-凝胶法制备了具有磁性核壳结构Fe_3O_4/SiO_2/TiO_2颗粒,通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析仪(TGA)、振动样品磁强计(VSM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-vis)等对材料的微观结构、形貌及性能进行了表征。考察了正硅酸乙酯添加量、铁钛比对Fe_3O_4/SiO_2/TiO_2磁性催化剂催化性能的影响。结果表明:制得的Fe_3O_4/SiO_2/TiO_2结晶度好,磁响应性高。当正硅酸乙酯添加量为20mL、铁钛比为1:8时,制备的Fe_3O_4/SiO_2/TiO_2纳米光催化剂表现出较高的光催化活性和磁性能,紫外光照射2h后,苯酚水溶液降解效率高达86.7%。

纤维素甘油醚硝酸酯在改性双基推进剂中的应用研究

为了改善改性双基推进剂的力学性能,并提高推进剂的能量,用纤维素甘油醚硝酸酯(NGEC)替代硝化纤维素,采用吸收-压延法制备推进剂样品并进行了研究。对NGEC的基本理化性能进行了测试;采用靶线法测试了推进剂的燃速,并计算了压力指数,发现随着NGEC的加入,推进剂燃速与原配方样品均有所增加;高低温力学性能实验结果显示,含NGEC配方样品抗拉强度及延伸率均有不同程度的改善,尤其在高能高固推进剂配方中,低温条件下抗拉强度增幅达到43.2%,延伸率增幅达66.7%,充分证明NGEC能够改善双基推进剂低温脆的缺点;爆热测试结果显示NGEC的加入能够小幅提高爆热。

旋转盘反应器中负载型Fe-TiO_2光催化降解含酚废水

以溶胶凝胶法制备Fe掺杂TiO_2(Fe-TiO_2)并将其负载于旋转盘反应器的圆盘表面,用于降解苯酚质量浓度为100mg/L的废水。采用X射线衍射光谱、拉曼光谱、扫描电镜、紫外-可见漫反射光谱等分析手段对制备的催化剂进行了表征,并考察了掺杂量和焙烧温度对其催化性能的影响。结果表明,Fe^(3+)进入TiO_2晶格内部替代了Ti4+,引起晶体内部缺陷增加,拓宽了光响应范围,提高了纳米光催化剂的光催化活性。掺杂量0.5(wt)%和焙烧温度600℃时制备的负载型Fe-TiO_2催化剂具有较高催化活性,用于降解1L苯酚溶液,循环处理2h后苯酚的降解率可达75%,较纯TiO_2提高20%以上。

旋转盘反应器的PIV流场测试

将粒子成像测速(PIV)技术应用于旋转盘反应器,获得了旋转盘表面流场的瞬时速度分布,研究了操作参数(流量和转速)对流场速度分布的影响.结果表明,从盘中心到边缘瞬时速度先减小后增大;转盘中心区域的速度场主要由流量控制,流体的相对径向速度随流量增大而增大;转盘外缘区域的速度场主要由转速控制,流体的相对周向速度随转速增大而增大;实验条件下临界半径Rc=50 mm,转盘设计半径应适当大于临界半径.