ZnO的绿色合成及光催化降解模拟废水研究

以甘露醇为模板剂,通过绿色合成途径,分别采用化学沉淀法和水热合成法制备ZnO。使用X-射线粉末衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的结构和形貌进行表征,用亚甲基蓝模拟工业废水中的有机污染物,对ZnO样品光催化降解模拟废水的性能进行研究。实验结果表明,2种方法合成的样品均为分散程度较好的六方纤锌矿结构,ZnO样品微粒尺寸随甘露醇用量的增加而减小。通过化学沉淀法得到的ZnO样品表面呈蚕蛹状且内部中空,通过水热合成法得到的ZnO样品呈牡丹花状。以甘露醇为模板制得的ZnO样品均能有效降解亚甲基蓝,催化降解反应符合准一级反应动力学特征。

基于SDS临界胶束浓度调控BiOBr合成及其光催化降解头孢拉定研究

以十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)为模板剂,采用沉淀法制备了不同胶束浓度条件下的BiOBr光催化剂(SBr-1、SBr-2、SBr-3、SBr-4).通过XRD、SEM、BET表征BiOBr晶体结构、形貌和比表面积,结果表明在SDS为临界胶束浓度(8.0×10^(-3)mol/L)时制备的SBr-2具有较好的结晶度、特殊的形貌和最大的比表面积;运用UV-vis DRS吸收光谱、PL光谱、EIS电化学抗阻谱等表征BiOBr光电特性,结果证明SBr-2具有良好的可见光吸收能力和电子空穴分离效率.在可见光照射(λ≥420 nm)下,选用头孢拉定(cefradine,CFD)为目标污染物研究光催化活性,结果表明SBr-2具有最好的光催化活性,150 min内降解率达到98%.此外,通过自由基捕获试验,发现该光催化过程超氧自由基和空穴为主要活性物种.本研究为表面活性剂调控改善BiOBr结构、形貌和晶相提升其光催化活性提供了理论参考.

Ag/质子化g-C_(3)N_(4)纳米棒材料的制备及其光催化降解性能

制备了Ag负载于质子化g-C_(3)N_(4)(pCN)的纳米棒材料(Ag/pCN),对比了g-C_(3)N_(4)(CN)、表面负载Ag的CN(Ag/CN)、pCN和Ag/pCN在可见光条件下光催化降解亚甲蓝(MB)溶液的效果。结果表明,Ag/pCN光催化效率最高(92.63%),并且具有良好的稳定性;通过光电流-时间(I-t)曲线、Nyquist曲线、Mott-Schokkty曲线和捕获实验探究了Ag/pCN光催化降解MB的机理:虽然pCN的π共轭体系较CN发生变化,但由于形成了纳米棒,其比表面积的增加以及Ag负载的协同效应致使Ag/pCN具有优异的光催化性能。光催化过程中羟基自由基(·OH)是起主要作用的活性物质,其由光生电子(e^(-))与表面吸附的O_(2)反应产生以及光生空穴(h^(+))与H_(2)O或OH^(-)反应产生。

一例Mn配合物对有机染料分子的光催化降解性能

采用水热法,以MnSO_(4)·H_(2)O和4-(3,5-二羧基苯基)-吡啶甲酸(H_(3)pja)为原料合成了一例新的Mn配合物,其分子式为[Mn_(3)(H_(2)pja)_(2)(Hpja)_(2)(H_(2)O)_(8)]·2H_(2)O(简称配合物Mn).采用X-射线单晶衍射对其进行了结构解析,结果表明该配合物为零维结构.采用X射线粉末衍射表征了其相纯度.并且重点研究了配合物Mn在可见光照射下对有机染料分子甲基橙(MO)、罗丹明B(RhB)的光催化降解性能.结果表明,配合物Mn对甲基橙有一定的催化降解效果,降解率为61.9%,而对罗丹明B的催化降解效果更好,降解率可达98.5%.

Ⅱ/Z型Bi_(2)MoO_(6)/Ag_(2)O/Bi_(2)O_(3)异质结可见光催化降解四环素

构建异质结能够有效抑制光催化剂中光生电子和空穴的快速复合。本研究采用水热法、煅烧法以及溶剂热法合成了Ⅱ/Z型Bi_(2)MoO_(6)/Ag_(2)O/Bi_(2)O_(3)异质结光催化剂,利用不同研究手段分析材料的组成、形貌以及光电化学性能。结果发现,复合材料的最佳组成为25%ABOBM(Ag_(2)O/Bi_(2)O_(3)和Bi_(2)MoO_(6)的质量比为1:4)。在可见光照射下25%ABOBM对四环素(TC)的降解效率可达85.6%,明显高于Ag_(2)O/Bi_(2)O_(3)和Bi_(2)MoO_(6),而且三次循环实验后仍具有良好的稳定性。25%ABOBM光催化性能的提高可归因于Ag_(2)O、Bi_(2)O_(3)以及Bi_(2)MoO_(6)之间异质结的构建和特殊形貌的形成。自由基捕获实验和电子顺磁共振谱(EPR)结果表明,h+和·O2-在TC的降解过程中发挥着主要作用,而·OH和1O2发挥着次要作用。实验还探索了相关光催化机理,并利用液相色谱-质谱联用仪(LC-MS)对TC可能的降解路径进行了分析。本研究为双异质结光催化剂的制备及其在有机污染物降解应用方面提供了新的思路。

Au/γ-Al_(2)O_(3)催化剂的绿色制备及其催化降解亚甲基蓝性能

利用侧柏叶提取液为还原剂制备了纳米金负载型Au/γ-Al_(2)O_(3)催化剂,研究了负载条件对金颗粒物理状态及催化剂比表面积的影响。利用XRD、BET、SEM、TEM对催化剂的晶型、孔结构和形貌进行表征,以亚甲基蓝作为目标污染物探究了Au/γ-Al_(2)O_(3)的催化降解能力。结果显示,最佳金负载率为1.00%,最佳煅烧温度为300℃。当Au/γ-Al_(2)O_(3)投加量为0.7 g·L^(-1)时,15 mL 0.5 g·L^(-1) NaBH_(4)能在10 min内降解97.67%的亚甲基蓝,且循环利用5次后单位质量催化剂的亚甲基蓝降解率不下降,说明Au/γ-Al_(2)O_(3)催化剂有良好的催化活性和稳定性。

钒钛磁铁矿尾矿/高岭土复合整体材料的制备及光催化降解罗丹明B的研究

在钒钛磁铁矿的开发利用过程中形成了大量堆积的尾矿,既造成土壤污染,还危害周边居民的身体健康。因此,开发钒钛磁铁矿尾矿的有效利用方法具有重要意义。本实验使用钒钛磁铁矿尾矿和高岭土为基体、硅溶胶为粘接剂、氯化铵为改性剂,制备了钒钛磁铁矿尾矿/高岭土复合整体材料,考察了制备条件对材料光催化降解罗丹明B的影响,使用XRF、XRD、SEM、BET、XPS和UV-Vis DRS对制备的材料进行了表征。结果表明,制备的复合光催化材料在60 min内对罗丹明B的去除率达到了71.5%,4次重复使用后,对罗丹明B的光催化降解仍具有一定效果。研究对钒钛磁铁矿尾矿的整体利用及“以废治废”综合利用有一定意义。

基于不同Bi2WO6形貌下光催化降解四环素性能研究

该文以Bi(NO3)3·5H2O和Na2WO4·2H2O为原料通过水热法合成Bi2WO6,重点研究通过改变水合加热时间和溶液酸碱性,不同合成条件对Bi2WO6产物形貌的影响.借助扫描电子显微镜(SEM)对Bi2WO6形貌进行分析.实验结果显示,溶液酸碱性和加热时间均对Bi2WO6的形貌有较大影响,水合加热时间也对其形貌有很大的影响.此外,通过在可见光下降解四环素(TC),探讨了不同合成条件对催化剂性能的影响.实验结果表明,酸碱性会破坏Bi2WO6的结构,进而降低其光催化性能.当水合加热时间为25 h时,Bi2WO6的降解效率最高,降解效果约为50%.

复合改性纳米TiO_(2)催化降解五氯苯酚的试验研究

为了探究纳米C-Co/TiO_(2)催化剂降解五氯苯酚的动力学特性,采用溶胶-凝胶法,制备了C、Co双元素掺杂复合改性的纳米C-Co/TiO_(2)催化剂。利用XRD、SEM-EDS、UV-vis进行表征分析,结果表明:掺杂C、Co元素后,纳米C-Co/TiO_(2)晶型未发生改变,特征峰强度增强,晶体结晶性好,粒径约为12.08 nm;催化剂表面呈现球状堆积形貌,比表面积大,有利于反应物吸附脱附;与纯TiO_(2)相比,催化剂带隙能降低,对可见光的响应性增强。结合降解过程中产物的紫外吸收光谱,探究五氯苯酚的催化降解机理。根据试验检测结果,分析拟合初始浓度与降解速率的线性关系,得到光催化降解五氯苯酚的L-H模型动力学方程:r0=0.38491 0.0951C_(0)/1+0.0951C_(0)。

铁基非晶条带催化降解性能的退火晶化调控机理

非晶合金是原子结构长程无序的亚稳态材料,具有优异的催化降解性能,同时也很容易发生晶化,但晶化对催化降解性能的影响机理目前尚不明确.本文研究了退火晶化对Fe-Si-B-Cu-Nb工业非晶条带微观结构及其对酸性橙7催化降解性能的影响.研究发现:经460—580℃退火后,条带的催化降解性能大幅下降,其反应速率常数低于0.01 min–1,α-Fe析出相导致其非晶结构的破坏,降低了羟基自由基的形成速率;而经过650—700℃退火后,条带的催化降解性能显著提高,反应速率可提升至退火前的3.77倍,降解15 min时的脱色率达99.22%,为退火前的1.12倍,催化降解性能的提高得益于晶化相与金属化合物间的原电池效应及富集Cu团簇和零价铁之间的置换反应.本研究揭示了退火晶化对偶氮染料的铁基非晶条带催化降解性能的作用机理,为利用老化的铁基非晶工业条带处理印染废水、实现“以废治废”,提供了有益的理论与实验支撑.

过渡金属离子掺杂TiO_(2)光催化降解汽油气的性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了空白TiO_(2)及过渡金属离子(Ni、Fe、Ag、Zn)改性的光催化剂,利用FT-IR、XRD和SEM等方法对其进行表征。以汽油气为目标污染物,考察了不同工艺条件对光催化剂降解汽油气性能的影响。结果表明,与空白TiO_(2)相比,过渡金属离子改性的光催化剂晶粒尺寸明显减小,表面分散均匀且羟基数量增加,其中Zn离子改性的光催化剂对汽油气具有最佳的催化降解效果;在Zn/TiO_(2)摩尔比为0.2%、煅烧温度为550℃、汽油气初始质量浓度为14042.55 mg/m^(3)、光催化剂质量为30 g、光照强度为36 W/m^(2)的最佳降解条件下,3 h内对汽油气的降解效率达到了76.6%。

微波辅助合成CNB/MIL光催化降解水中罗丹明B

目的构建可见光响应的异质结光催化材料,高效降解水中有机染料。方法通过微波辅助合成体相氮化碳(carbon nitride bulk,CNB)和金属有机骨架材料MIL^(-1)00(Fe)的异质结(CNB/MIL)。结果表征分析证实CNB/MIL成功合成。在可见光下,90 min内,15 mg CNB/MIL对体积为50 mL、质量浓度为10 mg·L^(-1)的罗丹明B(RhB)的降解率接近100%。降解机理研究表明,OH是光催化过程中的主要活性物种。结论氮化碳与MIL复合,能够起到协同作用,提高材料的可见光响应能力,此外,利用微波辅助法合成可大大缩短材料合成时间,节省能源。

含油污泥-软锰矿炭材料对亚甲基蓝的催化降解

本文在含油污泥中掺杂软锰矿热解制备出炭材料,通过XRD、SEM和FTIR对炭材料的官能团、形貌特征和金属负载情况进行表征,并对亚甲基蓝进行类芬顿体系催化降解试验。结果表明,由于软锰矿的掺杂,该炭材料具有催化性能,在35℃温度下,加入196 mmol·L^(-1)H_(2)O_(2)和0.4 g·L^(-1)炭材料,在8 h内对其的降解率可达93.8%。炭材料在降解过程中即刻将亚甲基蓝分解为CO_(2),且其具有较好的稳定性,经过五次循环降解后,炭材料对亚甲基蓝降解率仍能达到91.4%。结合自由基猝灭实验及XPS分析,炭材料/H_(2)O_(2)非均相类芬顿体系降解亚甲基蓝的主要机理为,通过催化H_(2)O_(2)产生羟基自由基·OH,·OH将亚甲基蓝氧化为小分子CO_(2)和H_(2)O,实现对亚甲基蓝的降解。

基于四核铜簇单元构筑的配位聚合物及光催化降解性能

以1,3-双咪唑基丙烷(1,3-BIP)、1,3,5-苯三甲酸(H_(3)BTC)和Cu(NO_(3))_(2)·3H_(2)O为原料,在溶剂热条件下合成了Cu(II)配位聚合物[Cu_(2)(μ_(3)-OH)(1,3-BIP)(BTC)]_(n)(SNUT-20),并用元素分析、热重分析、红外光谱、单晶X射线衍射等表征手段对配位聚合物进行了表征。单晶X射线衍射解析结果表明,配位聚合物SNUT-20是一个以四核铜簇作为次级结构单元,通过混合配体的进一步连接,形成一个3,8双节点的拓扑结构。此外,配位聚合物SNUT-20对罗丹明B(RhB)、亚甲基蓝(MB)和甲基橙(MO)表现出良好的光催化降解性能,对RhB、MB、MO的降解率分别达到了81.5%、89.4%和48.3%。

蔗渣纤维素基Zn_(3)In_(2)S_(6)光催化降解2,4-二氯苯酚的研究

文章研究采用蔗渣纤维素和Zn_(3)In_(2)S_(6)为原料,通过化学交联法成功制备了蔗渣纤维素基Zn_(3)In_(2)S_(6)(SBC@ZIS)光催化剂,并利用SBC@ZIS光催化降解2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)。运用FT-IR、紫外可见漫反射、SEM-EDS、XPS和XRD对SBC@ZIS物理特性进行表征,并运用高效液相色谱和TOC分析SBC@ZIS降解2,4-DCP的性能。FT-IR和XRD结果证实了SBC与ZIS的结合未显著改变ZIS的结构。通过SEM-EDS表征发现,SBC载体上具有O、C、Zn、In和S元素,在XPS表征中,SBC@ZIS表现出与ZIS同样的衍射峰,两者表征均证明了ZIS很好地负载在SBC上。紫外可见漫反射表明ZIS固定于SBC后,其光吸收范围发生了红移,即从524 nm红移至600 nm,表明SBC@ZIS有利于提高ZIS在可见光下的吸收范围。通过单因素实验可知,在最优条件下,SBC@ZIS对2,4-DCP(50 mg/L)的降解率可达87%,相较于单独ZIS光催化提高了10个百分点。并且总有机碳的去除率达到了71%,相较于ZIS提高了17个百分点。将Zn_(3)In_(2)S_(6)负载于蔗渣纤维素上,有利于提高回收利用性和光催化性能,为2,4-DCP的高效降解提供一种新的思路。

一例镍(Ⅱ)金刚石拓扑MOF的合成及其光催化降解性能

以4-(2-甲基咪唑-1-基)苯甲酸(HMIBA)和Ni(NO_(3))_(2_)·6H_(2)O为原料,在溶剂热条件下合成了一例结构新颖的Ni(Ⅱ)配位聚合物:[Ni(MIBA)2]n,利用X-射线单晶衍射、元素分析、热重分析和红外光谱对配位聚合物进行了表征。X-射线单晶衍射的测定结果表明上述配位聚合物拥有三维空间结构。配位聚合物中相邻的Ni(Ⅱ)通过HMIBA配体桥联形成了扭曲的金刚石状笼,可容纳直径为9A的假想球体,并且配位聚合物沿着c轴方向存在较大尺寸的孔道结构。此外,配位聚合物对罗丹明B(RhB)和亚甲基蓝(MB)表现出优良的光催化降解性能,RhB和MB的降解率分别达到了75.4%和91%。

PMS协同Ce改性BiOBr材料光催化降解四环素

采用溶剂热合成法制备Ce(Ⅲ)改性BiOBr催化剂(Ce/Bi摩尔比0.1%~2%),通过XRD、SEM-mapping、XPS、UV-Vis等手段对其结构进行表征分析;以四环素为目标污染物,首次提出构建PMS/Ce(Ⅲ)改性BiOBr光催化体系降解四环素,考察催化剂种类、催化剂投加量、PMS摩尔浓度和p H等因素对反应体系降解四环素效果的影响。结果表明:Ce(Ⅲ)和Bi(Ⅲ)发生同晶置换,使得Ce(Ⅲ)改性BiOBr的最大吸收波长出现蓝移,提高光生电子和空穴的分离效率;PMS协同Ce(Ⅲ)改性BiOBr光催化降解四环素最佳条件:Ce与Bi的摩尔比为1%,投加量为1.0 g/L,PMS浓度为0.3 mmol/L,pH=9;四环素降解过程中,反应体系内主要活性物种为空穴,其贡献远高于硫酸根自由基和单线态氧。经重复利用实验证实,Ce改性BiOBr材料结构具有良好的稳定性。

一步法制备氮化碳复合材料及其光催化降解有机污染物性能

光催化技术是解决能源短缺和治理环境污染最有前途的技术。氮化碳作为一种新型绿色无污染半导体材料备受青睐。纯氮化碳量子效率低,易产生光生载流子复合现象,在可见光照射下的光催化性能受到限制,可采用贵金属修饰、离子掺杂及异质结构建等对其进行改性。以三聚氰胺、碘化钾、五水合硝酸铋为原料,高温520℃焙烧三聚氰胺制备石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4)),通过一步共沉淀法使BiOI在生成的过程中原位生长在g-C_(3)N_(4)上,制备n-n型g-C_(3)N_(4)/BiOI异质结光催化剂。异质结相界面的出现增加了光生载流子的分离效率,比普通石墨相氮化碳具有更好的光催化性能。降解模拟污染物甲基橙(MO)、亚甲基蓝(MB)、罗丹明B(RhB)结果表明,当n(g-C_(3)N_(4))∶n(BiOI)=1∶1时,催化剂表现出最好的光催化活性,MO降解率几乎100%,MB降解率98%,RhB降解率80%,降解速率常数分别是纯相g-C_(3)N_(4)的385倍、24.3倍和2.5倍。

PI/Bi_(2)WO_(6)复合物的制备及其光催化降解染料应用研究

通过光催化降解能有效处理有机染料污染物,从而解决水污染的问题。本文分别采用热解法和水热法制备聚酰亚胺(PI)和Bi_(2)WO_(6),再利用超声辅助沉积法制备PI/Bi_(2)WO_(6)复合物,并且对样品进行XRD、FT-IR、UV-DRS等表征。以罗丹明B(RhB)染料溶液作为水污染模型,考察了所制备的PI/Bi_(2)WO_(6)复合物对有机染料的光催化降解性能,发现各种比例的PI/Bi_(2)WO_(6)复合物的光催化活性均明显高于单体PI和Bi_(2)WO_(6),其中1∶2 PI/Bi_(2)WO_(6)复合物对RhB的降解效果最好。在50 mg 1∶2 PI/Bi_(2)WO_(6)催化剂作用下,对50 mL、浓度为20 mg·L^(-1)的RhB溶液光照24 min,降解率达到98.5%。循环实验表明,所制备的1∶2 PI/Bi_(2)WO_(6)复合光催化剂比单体Bi_(2)WO_(6)具有更高的稳定性。

铁基金属有机框架的制备及其催化降解性能

铁基金属有机框架化合物(Fe-MOFs)具有超高的比表面积、良好的生物相容性和出色的光芬顿催化性能,在处理染料废水方面具有广阔的应用前景。采用不同的有机羧酸配体,通过溶剂热法和水热法合成了3种Fe-MOFs(MIL-53、MIL-88A和MIL-100)。采用SEM、XRD、FTIR和UV-vis等方法对Fe-MOFs的形貌与结构进行表征,探究了其在可见光下对染料的催化降解性能。此外,通过电化学测试、自由基捕获试验和电子自旋共振波谱(ESR)探究了Fe-MOFs的催化机理。结果表明,MIL-88A(Fe)的光催化活性最高,在60 min内对染料的降解率高达99.5%。在光芬顿反应中,·OH是降解染料的主要活性物质,同时·O_(2)^(-)和^(1)O_(2)也参与了染料降解过程。