光电催化矿物材料的制备及应用研究进展

光电催化技术是解决环境污染和能源短缺问题最具应用前景的方法之一。基于半导体矿物的光电化学性质或非半导体矿物的天然物理特性,将矿物与光电催化功能体复合构建的光电催化矿物材料具有成本低、环境相容性好、性能优异等特点,其在矿物利用的新兴领域受到了广泛关注。本文在限定了光电催化矿物材料研究是否属于矿物应用范畴的基础上,介绍了光电催化矿物材料包含的矿物组分及特征,提出了光电催化矿物材料的分类,并对光电催化矿物材料的制备方法及矿物增强光电催化活性的机制进行了讨论。最后,概述了光电催化矿物材料用于水中污染物治理、光电催化水分解产氢、CO_(2)能源化等领域的研究现状;指出应重点关注矿物本征光电属性、有效建立材料复合结构与效能的联系、明确材料矿物学属性影响光电催化的机制等问题,拓展光电催化矿物材料在新能源、化学品合成和矿物/微生物作用等领域的应用研究。

黑色TiO_(2)/高岭石光催化剂的制备及其降解动力学研究

黑色TiO_(2)作为一种新型光催化材料被广泛关注,但利用黏土改性黑色TiO_(2)来提升其应用性能却鲜有报道。以高岭石为原料,钛酸四丁酯为前驱体,通过溶剂热法合成黑色TiO_(2)/高岭石(b-TiO_(2)/Kaol)光催化剂。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X-射线光电子能谱(XPS)技术对材料微观形貌及表面结构进行表征。研究了制备条件、负载量对材料可见光催化性能的影响,并结合动力学模型考察了亚甲基蓝(MB)初始pH值对去除效果的影响。结果表明,当摩尔比n(Ti^(4+)):n(BH_(4)^(-))为1:0.56、n(HNO_(3)):n(H_(2)O)为1:11.5、合成时间为12 h、水热合成温度为180℃时,制备黑色TiO_(2)(b-TiO_(2))光催化活性最强;b-TiO_(2)负载量为20%制得的b-TiO_(2)/Kaol具有最佳的光催化性能,对MB的去除率达89.7%,光催化降解过程符合一级动力学模型。MB溶液初始pH为5~7更有利于MB的去除。Ti3+的掺杂使得b-TiO_(2)光响应范围扩大,高岭石改性b-TiO_(2)增强了b-TiO_(2)/Kaol的吸附能力,两者协同促进了光催化性能的提高。

纳米零价铁强化高岭石去除水中Cr(Ⅵ)及机制研究

纳米零价铁(nZVI)作为一种治理重金属、核素污染物的环保材料而被广泛关注,而黏土矿物作为常见的重金属吸附材料虽成本低廉、来源广泛,但去除性能又普遍有限。通过液相还原法制备nZVI/高岭石复合材料来强化高岭石去除水中Cr(Ⅵ)的性能,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)技术对其结构进行表征,考察了Cr(Ⅵ)初始浓度、nZVI/高岭石投加量、温度等条件对Cr(Ⅵ)去除率的影响,并探讨了其对水中Cr(Ⅵ)的去除能力及机制。结果表明,nZVI/高岭石中的nZVI结晶度低,粒径在50~100 nm, nZVI/高岭石在60 min时对Cr(Ⅵ)的去除率达91.7%,分别比nZVI和高岭石提高了2.7倍和18.5倍。nZVI/高岭石对Cr(Ⅵ)的去除动力学符合准二级动力学模型,表观反应活化能为27.97 kJ/mol,去除是吸附、还原和共沉淀共同作用的结果。通过nZVI强化可提升高岭土在水处理和环境修复中的应用前景。