Cu_2O/TiO_2纳米管异质结制备和光催化活性机理分析

通过方波伏安电化学沉积法完成Cu_2O/TNAs纳米管管异质结的制备。利用电子显微镜、X射线、紫外照射等方法对样品进行表征,对其形态、主要元素构成、晶型特征和光学特性进行研究。通过光电化学降解布洛芬同时产氢气的实验,研究Cu_2O与TiO_2纳米管异质结的光催化活性机理。实验结果证明所制备的Cu_2O与TiO_2异质结电极具有良好的光电化学性能,并对光催化机理进行分析。

硫酸钛液水解合成介孔TiO_2-SO_4^(2-)的研究

探讨了硫酸钛水解和偏钛酸焙烧时硫酸根在锐钛矿型TiO_2介孔结构形成中的作用机理;用低温氮吸附-脱附等温线、XRD、XPS、紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、Hammett指示剂、艾氏卡等方法对TiO_2-SO_4^(2-)催化剂进行了表征,考察了介孔TiO_2-SO_4^(2-)固体超强酸催化剂和改性的介孔TiO_2光催化剂的组成、结构、性能和在酸催化反应、光催化反应中的活性。实验结果表明:(1)硫酸钛水解时部分硫酸根进入偏钛酸的结构中,焙烧时硫酸根和偏钛酸孔壁上的自由羟基键合,有效抑制了TiO_2晶粒的长大及晶型转变,使TiO_2保持了介孔结构、较高的比表面积和锐钛矿晶型。(2)XPS测试和IR分析说明表面上SO_4^(2-)以鳌合双配位作用形式键合在TiO_2表面,且S =O双键的强电子诱导效应和酸中心的协同作用,产生了超强酸中心。适当的硫含量、焙烧条件制得的介孔SO_4^(2-)/TiO_2的酸强度H_0<-14.52,成为固体超强酸催化剂。(3)介孔SO_4^(2-)/TiO_2固体酸催化剂可望在生物柴油的合成和Halon—1211催化降解反应中有较好的应用前景,但催化剂的稳定性有待提高。(4)与TiO_2在表面上键合的硫酸根中S=O的强电子诱导效应能促进TiO_2光生电子-空穴对的分离,延长电子-空穴对的寿命,提高TiO_2作为光催化剂的催化活性,应用在亚甲基蓝光催化氧化降解反应中显示出良好的光催化活性,远优于P25型TiO_2。

复合载体TiO_2-Al_2O_3的制备及其对Ni-Mo-S负载型催化剂加氢脱氧性能的影响

采用共沉淀法制备出复合载体TiO2-Al2O3,用N2-吸附、XRD和吡啶吸附红外光谱等手段进行表征。采用原位硫化法制备Ni-Mo-S/TiO2-Al2O3负载型催化剂,以苯酚为模型化合物研究其加氢脱氧催化性能。主要研究铝源和沉淀剂对TiO2-Al2O3复合载体性能的影响以及其作为载体对Ni-Mo-S/TiO2-Al2O3催化苯酚加氢脱氧反应的影响。结果表明,以氯化铝为铝源制备的复合载体具有较大的孔容和孔径,孔容达1.12 cm3/g,孔径达18.0 nm;以硫酸铝为铝源和以碳酸氢铵为沉淀剂制备的复合载体具有较大的比表面积,高达295 m2/g;氨水沉淀制备的复合载体具有较多的L酸;以硫酸铝为铝源制备的复合载体形成少量的B酸。TiO2-Al2O3作为载体影响Ni-Mo-S/TiO2-Al2O3负载型催化剂加氢脱氧性能的主要因素是载体的酸性和载体的比表面积。在300℃,4.0 MPa条件下Ni-Mo-S/TiO2-Al2O3催化苯酚的转化率达81.9%,产物中无氧化合物的总选择性达100%,脱氧率达79.4%。

纳米TiO_2的负载化及其在环境光催化中的应用

介绍了近年来关于负载型纳米TiO2光催化剂的制备研究进展,综述了负载化TiO2光催化剂在环境治理、卫生保健和军事防化等领域的应用;并初步探讨了目前纳米TiO2负载化研究及其应用中所存在的问题,认为提高TiO2的负载化技术、将光催化技术与吸附、生物处理等其他技术复合是扩展TiO2光催化应用的主要研究方向。

水体中常见无机阴离子对TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的影响

选择了5种水体中常见的阴离子(Cl-,SO24-,HCO3-,NO3-以及HPO24-/H2PO4-),分别考察了其对TiO2薄膜光催化还原模拟Cr(Ⅵ)废水的影响.从上述离子的光吸收,对.OH的捕获作用以及与Cr(Ⅵ)的竞争吸附三个方面讨论了上述离子影响TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)速率的原因.结果表明,体系酸性越强,越有利于Cr(Ⅵ)的还原;在pH值约为6时,HCO3-,Cl-和SO24-对TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)具有促进作用,NO3-具有抑制作用,H2PO4-/HPO24-在低浓度时具有促进作用,而在高浓度时具有抑制作用.造成上述结果的主要原因是Cl-,SO24-和HCO3-具有较强的.OH捕获作用和在TiO2表面较低的吸附能力;H2PO4-/HPO42-在TiO2表面具有较强的吸附能力;NO3-对紫外光吸收作用降低了TiO2表面的紫外光强度以及自身光化学反应产生了.OH.

Fabrication and photodegradation properties of TiO_2 nanotubes on porous Ti by anodization

Both Ti foil and porous Ti were anodized in 0.5%HF and in ethylene glycol electrolyte containing 0.5%NH4F(mass fraction) separately. The results show that TiO2 nanotubes can be formed on Ti foil by both processes, whereas TiO2 nanotubes can be formed on porous Ti only in the second process. The overhigh current density led to the failure of the formation nanotubes on porous Ti in 0.5%HF electrolyte. TiO2 nanotubes were characterized by SEM and XRD. TiO2 nanotubes on porous Ti were thinner than those on Ti foil. Anatase was formed when TiO2 nanotubes were annealed at 400 °C and fully turned into rutile at 700 °C. To obtain good photodegradation, the optimal heat treatment temperature of TiO2 nanotubes was 450 °C. The porosity of the substrates influenced photodegradation properties. TiO2 nanotubes on porous Ti with 60% porosity had the best photodegradation.

多孔陶瓷负载TiO_2光催化降解甲基橙溶液的研究

采用有机先驱体浸渍法及无压烧结工艺,制备了Al2O3多孔陶瓷载体。利用溶胶-凝胶法在多孔陶瓷上负载Sm3+掺杂Ti O2光催化材料。研究了煅烧温度、涂层次数等工艺因素对多孔陶瓷负载Ti O2光催化降解甲基橙溶液的影响规律。结果表明,借助于多孔陶瓷高的气孔率,Ti O2负载在Al2O3颗粒表面或进入颗粒间的孔隙内,使材料具有较大的比表面积。掺入Sm3+使材料的光催化活性提高。在煅烧温度为600℃、四次涂层、甲基橙溶液p H值为2时,多孔陶瓷负载Ti O2光催化降解甲基橙溶液效果最佳。

Pd/N共掺杂TiO_2的制备及其光催化降解苯酚的研究

将纳米管钛酸浸入含尿素和金属(Pd)硝酸盐的乙醇溶液中,乙醇超声挥发后所得样品先在空气气氛、600℃下煅烧,再在H2气氛、400℃下热还原制备得到Pd/N共掺杂TiO2光催化剂(Pd/N-TiO2)。利用光电子能谱(XPS)仪研究了催化剂表面N、Pd元素的化学态。结果表明,N元素以Ti—O—N形式存在,Pd元素以单质金属状态存在。考察了Pd/N-TiO2的紫外光光催化降解苯酚的活性,与单纯TiO2光催化剂和N掺杂TiO2光催化剂相比,Pd/N-TiO2活性明显提高。研究了催化剂用量、苯酚初始浓度和pH、O2流量以及外加双氧水等条件对紫外光光催化降解苯酚的活性的影响,得到光催化降解苯酚的最佳工艺条件:苯酚初始质量浓度为120mg/L,催化剂用量为0.10g/L,苯酚溶液初始pH为8,O2流量为80mL/min,加入适量双氧水。

SO_4^(2-)/TiO_2-WO_3催化1,4-丁二醇液相脱水环化合成四氢呋喃

以钛酸四丁酯为原料,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作模板剂,通过水热法制备出TiO_2,并进一步制得SO_4^(2-)/TiO_2-WO_3固体超强酸,采用IR、XRD、BET对其进行了表征。以催化1,4-丁二醇脱水制备四氢呋喃为探针反应,通过正交实验确定了反应的最佳条件:反应温度180～190℃,反应时间45 min,w(催化剂)= 4.6%(相对1,4丁二醇质量),四氢呋喃的收率可达91.5%。催化剂重复使用3次,收率仍可达87.0%,同时对反应机理进行了探讨。

微波辅助低温制备纳米TiO_2晶体生长动力学研究

采用一次微波辅助促进水解,水浴陈化或二次微波辐射促进晶化的热处理方法,在较低温度下制得纳米TiO_2晶体颗粒,样品表征结果证明为单一锐钛矿晶型,且具有球形或短柱型形貌特征.晶体生长宏观动力学研究显示,二次微波辐射下纳米TiO_2晶体生长规律可描述为2次方程,表观生长活化能为59.47 kJ/mol,而水浴陈化方式下晶体生长则可描述为3次方方程,表观生长活化能为19.44 kJ/mol,因此二次微波辐射方法制备纳米TiO_2晶体具有更大的表观生长活化能和独特的动力学性质.

纳米TiO_2对胃癌细胞的光催化氧化杀伤效应

采用涂覆法制备了作为光催化剂的TiO2薄膜。XRD和SEM分析表明,所制备的TiO2为锐钛型;薄膜表面呈现均匀的结构;微晶平均粒度为227nm。在体外对胃癌细胞分别进行了紫外光、TiO2的空白实验以及紫外光照TiO2光催化杀伤的对照实验,并使用流式细胞仪及碘化丙啶(PI)荧光染色法检测了细胞的存活状态。结果表明,所制备的纳米TiO2通过光催化氧化对胃癌细胞有明显杀伤作用。在光强为106×10-3W/cm2、TiO2比负载量为98×10-7g/cm2、光照40min条件下对胃癌细胞的光催化氧化杀伤率达80%。

ACF担载TiO_2光催化降解甲醛的影响因素研究

采用溶胶-凝胶法(sol-gel)在活性炭纤维(ACF)表面制备了纳米TiO2薄膜光催化材料,利用XRD和SEM对薄膜进行了表征。使用该负载型纳米TiO2光催化材料处理室内空气中的甲醛污染物,分别研究了TiO2涂膜次数、甲醛初始浓度、相对湿度、温度以及光源等因素对甲醛降解效率的影响。实验结果表明,所制得的TiO2为锐钛矿型,平均粒径为20nm左右,TiO2涂膜次数为3层时甲醛降解效率最高;甲醛初始浓度越高降解效率越低,甲醛降解效率随温度升高而增大,相对湿度为48%时甲醛降解效率最高;一定波长(λ<387nm)的紫外光照射是使用TiO2光催薄膜降解甲醛的必要条件。

TiO_2纳米多孔薄膜结构与光电化学性能相关性的研究

采用二步电压氧化法制备了两组孔径及孔密度不同的TiO_2纳米多孔薄膜,利用电化学测试方法对制备出的TiO_2纳米多孔薄膜的开路电位-时间曲线、交流阻抗谱图以及计时电流曲线进行了测试,研究了多孔薄膜材料的孔径及孔密度对材料光电化学性能以及比表面积的影响。结果表明,制备出的具有不同孔径和孔密度的试片在光照情况下的电化学反应电阻均明显下降,相关电化学反应更容易发生;增大薄膜材料的比表面积有利于提高其光电性能,性能最佳的薄膜材料的孔径为103 nm,孔密度为10×10~8个/cm^2。

煤矸石烧结滤料TiO_2改性及其光催化特性

对以煤矸石为主要原料制备的球形水处理滤料采用液相沉积法进行表面纳米TiO_2改性。对热处理后的TiO_2薄膜表面形貌、矿物相、晶粒结构、元素成分等特性进行了分析,并考察了比表面积和空隙率两项理化性能指标。结果表明,常温下制得的TiO_2薄膜表面均匀,感光性强,纳米TiO_2平均粒径30～50 nm,经表面纳米TiO_2改性后的煤矸石烧结滤料,其比表面积由改性前的4．0 m^2/g提高到8．1 m^2/g,表现出良好的光催化活性。以有机酚和细菌为处理对象,其对微污染水中有机酚的去除率可达到98%、细菌灭除率可达到75%。曝气、pH值、流量是影响纳米TiO_2薄膜光催化性能的主要影响因子。

CeO_2-TiO_2催化剂低温协同控制燃煤NO_x与汞

采用溶胶-凝胶法合成了CeO_2-TiO_2(Ce Ti)催化剂,并采用BET,XRD和XPS等分析技术对催化剂进行表征。在固定床实验装置上研究Ce Ti催化剂的低温选择性催化还原(SCR)脱硝及汞氧化性能。研究结果表明:铈氧化物在催化剂表面高度分散,催化剂比表面积较大,具有丰富的表面活性氧;在250℃下,Ce Ti催化剂的汞氧化效率可达80%以上,NO还原效率可达99%;在无O2条件下,NH3显著降低催化剂的汞氧化性能,在有O2条件下,NH3微弱抑制催化剂的汞氧化活性;NO在无O2条件下会抑制汞的氧化,在有O2条件下,NO对汞的氧化起促进作用;SCR脱硝及汞氧化过程的相互影响不明显;采用Ce Ti催化剂可以在低温条件下实现NO与汞的协同控制。

可见光响应(001)晶面纳米TiO_2光催化剂的制备及性能研究

以钛酸丁酯为钛源,氢氟酸为形貌控制剂,采用水热法合成了具有高表面能(001)晶面的锐钛矿相TiO_2纳米材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及紫外-可见漫反射光谱分析(UV-vis)对样品的形貌、结构和谱学性能进行表征,并以甲基橙溶液为目标污染物,研究其光催化性能和最佳制备条件。结果表明,以氢氟酸为形貌控制剂时,可制备锐钛矿相(001)晶面纳米TiO_2纳米材料,能拓宽TiO_2体系光响应范围,并具有较高的光催化性能;当反应温度为180°C、时间为24 h、F/Ti摩尔比为1.5时,样品对甲基橙溶液光催化降解率最高,在紫外光照射条件下1 h内降解率可达99.08%,其可见光降解率为66.79%。

TiO_2光催化降解腐殖酸的实验研究

考察了溶液pH值、光催化剂质量浓度、腐殖酸初始浓度等因素对腐殖酸去除的影响,运用SEC和LC-OCD联合分析降解过程中腐殖酸分子变化情况并模拟饮用水的消毒过程.结果表明,降解是一个由腐殖酸大分子到小分子酸的过程,光催化体系不但能使腐殖酸褪色,还大大降低了消毒副产物生成势.

SO_4^(2-)/TiO_2-V_2O_5催化废油脂制备生物柴油

采用溶胶凝胶法和浸渍法制备SO_4^(2-)/TiO_2-V_2O_5固体超强酸催化剂,并考察了其在废油脂制备生物柴油中的催化性能。运用XRD、比表面积、全硫测定、酸性测定等表征了催化剂。钒的引入延迟了基体氧化物的晶化,并使催化剂粒径减小,比表面积增大,有效抑制了催化剂中硫的流失,进而增强酸性中心。SO_4^(2-)/ TiO_2-V_2O_5催化剂试样对制备生物柴油有较高的催化活性,在催化剂用量为原料油质量的4%、n(乙醇):n (废油脂)=1 5:1、反应温度220℃、反应时间10 h的条件下,生物柴油收率可达79%以上。催化剂重复使用5次,生物柴油收率在75%以上。

TiO_2/SBA-15光催化氧化汽油脱硫的研究

以介孔分子筛SBA-15为载体、钛酸四正丁酯为钛源,采用浸渍法制备TiO2/SBA-15催化剂,通过XRD、N2吸附-脱附等手段对吸附剂的结构进行分析,结果表明,所制备的TiO2/SBA-15样品仍保留着母体SBA-15的结构。以含噻吩的异辛烷溶液作为模拟汽油,以质量分数为30%的H2O2为氧化剂、TiO2/SBA-15为催化剂,在紫外灯照射下对模拟汽油进行催化氧化脱硫,通过静态实验确定了反应的最佳工艺条件,即反应温度50℃、反应时间120min、催化剂用量2g/L、H2O2与噻吩摩尔比8.5∶1,在该条件下,模拟汽油的脱硫率可达88.2%,表明TiO2/SBA-15具有很高的光催化氧化脱硫性能。

金红石结构TiO_2结构和热力学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法以及准谐德拜模型研究了金红石TiO_2的结构和热力学性质.常温常压下所计算的晶格常数、体弹模量及其对压强的一阶导数与实验值和其他理论计算结果相符的较好.另外,我们还计算了体弹模量、热膨胀系数、热容与温度和压强的关系.