改性TiO_(2)/GAC光电协同处理甲基橙废水

通过溶胶-凝胶法制备了颗粒活性炭(GAC)负载过渡金属和氮元素共掺杂改性的TiO_(2)(X-N-TiO_(2)/GAC,X=Fe或Cu或Mn),以光电协同催化处理甲基橙废水。阳极为铱钽钛板,阴极为钛板,长弧氙灯作光源,以20 mg/L模拟甲基橙废水在180 min时的降解率为评价指标,优化材料的制备条件和反应电压,并进行SEM和XRD表征。结果表明,锐钛矿型改性TiO_(2)成功负载到GAC表面,溶胶-凝胶法的负载效果良好,掺杂均匀。在过渡金属离子掺杂方面,与Cu-N-TiO_(2)/AC和Mn-N-TiO_(2)/AC相比,Fe-N-TiO_(2)/AC表现出更高的催化效率。在Fe掺杂量为0.6%、N掺杂量为10%、反应电压为14 V、反应时间为180 min的条件下,甲基橙降解率可达到92.27%,高于光催化降解率(32.81%)和电催化降解率(55.79%),也优于P25光催化的处理效果。Fe和N的掺杂使TiO_(2)/GAC产生可见光波段的响应。GAC负载后的改性TiO_(2)虽然光催化效率有所下降,但具有易回收的优点,且可充当粒子电极,在光电协同催化体系中降解污染物,大幅提高降解效率。

S,N共掺杂TiO_(2)纳米管作为钠离子电池负极的储钠性能

合理的结构设计和单原子掺杂可以明显提高二氧化钛(TiO_(2))作为钠离子电池负极的储钠性能。然而单原子掺杂在TiO_(2)中较低的掺杂质量分数与单一的功能作用阻碍了TiO_(2)作为钠离子电池负极电化学性能的进一步增强,因此研究了高质量分数掺杂和双原子掺杂对TiO_(2)储钠性能的影响。通过砂纸打磨对钛箔表面进行预处理除去氧化层,在含有0.56 g的NH_(4)F、5 mL的H_(2)O和95 mL的乙二醇(EG)溶液中,在20 min内通过施加阳极氧化电压60 V,在室温环境下对钛箔进行阳极氧化,在其表面生长出TiO_(2)纳米管阵列;以CH4N2S作为N源和S源,使用退火的方式对TiO_(2)纳米管阵列进行掺杂,得到S,N共掺杂的TiO_(2)纳米管阵列。实验结果表明,S,N共掺杂TiO_(2)的质量分数分别为1.53%和4.76%时,显著提高了TiO_(2)的电导率,加快了钠离子转移动力学。另外,TiO_(2)作为钠离子电池负极表现出强大的倍率性能和长循环性能,在0.1C(1C=335 mA·g^(-1))的电流密度下,S,N共掺杂TiO_(2)电极保持296.6 mA·h·g^(-1)的可逆电荷比容量,在25.0C的电流密度下保持158.1 mA·h·g^(-1)的可逆电荷比容量,并在约3500圈循环后的可逆电荷比容量保持率高达94.8%。相较于单掺杂,双掺杂使掺杂质量分数更高并产生协同效应,该策略为制备出优异性能的电极材料提供了参考。

N-Mn-TiO_(2)/AC粒子电极的制备及其降解性能研究

以传统活性炭(AC)粒子电极为载体,采用溶胶-凝胶法制备TiO_(2)/AC粒子电极以及掺N、掺Mn、N-Mn共掺杂改性的TiO_(2)/AC粒子电极,并将几种粒子电极应用于三维光电系统,考察其对实际印染废水的处理性能。XRD表征结果表明,TiO_(2)成功负载于AC表面且以锐钛矿晶型为主,N元素并未取代晶格氧,而是进入TiO_(2)晶格间隙,加快了电荷转移,Mn元素则以间隙掺杂形式进入TiO_(2)晶格,加快了光生空穴(h^(+))的转移;SEM、EDS和FT-IR结果显示,相比TiO_(2)/AC粒子电极,N-Mn-TiO_(2)/AC粒子电极比表面积显著增大,含氧官能团明显增加;印染废水降解实验结果表明,当实际印染废水中COD、NH_(4)^(+)-N、TN分别为1600~1800、25~40、40~60 mg/L时,N-Mn-TiO_(2)/AC三维光电体系对COD、NH_(4)^(+)-N、TN的去除率分别为82.9%、93.7%、89.5%,废水处理能耗11.92 kW·h/m^(3);与TiO_(2)/AC、N-TiO_(2)/AC、Mn-TiO_(2)/AC光电体系相比,N-Mn-TiO_(2)/AC光电体系对COD的去除率分别提高了72.0%、19.8%、12.2%,对NH_(4)^(+)-N的去除率分别提高了79.2%、18.2%、7.2%,对TN的去除率分别提高了83%、17.9%、8.4%,而体系能耗分别降低了65.4%、61.5%、41.1%。

Ti-SnO_(2)-Sb电极的改性、制备及其在有机废水处理中的应用

针对Ti-SnO_(2)-Sb电极存在的阻抗大,电极稳定性差,镀层易脱落等缺点,阐述了对TiSnO_(2)-Sb电极的改性方法,尤其阐述了利用TiO_(2)-NTs改性和表层掺杂改性Ti-SnO_(2)-Sb电极的研究成果。同时结合Ti-SnO_(2)-Sb电极的制备,在处理有机废水中应用的国内外最近研究成果,提出Ti-SnO_(2)-Sb电极的研究方向。