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。

多羧酸镍配合物催化降解罗丹明B的活性与机理

由于纺织、印刷等工业规模的迅速扩张,生产过程中产生的染料废水对人类生存环境造成巨大压力。目前,在染料废水修复处理领域,基于SO_(4)^(·-)的高级氧化技术由于其氧化优势备受关注。通常,过一硫酸盐(PMS)可自分解产生SO_(4)^(·-),然而其生成效率很低,因此,探寻有效的PMS催化剂成为研究热点。本研究以5,5′-二苯醚间苯二甲酸(H 4odip)和Ni(NO_(3))_(2)·6H_(2)O为原料,采用溶剂热法制得一种三维结构配合物Ni 4(odip)2-(μ2-OH_(2))2(H_(2)O)8,该材料水稳定性较好且能够在弱酸弱碱环境下稳定存在。采用X射线单晶和粉末衍射、红外光谱、热重及元素分析对配合物的结构和组成进行了表征。利用紫外-可见分光光度计研究其催化降解罗丹明B的活性与机理,系统探讨了配合物和PMS用量、溶液反应温度和pH对罗丹明B降解性能的影响。与不加催化剂相比,配合物的加入可使罗丹明B的降解速率提高两倍。研究表明,在中性环境中,PMS/配合物催化体系具有更强的降解能力,降解率可达92.3%。活性氧物种(ROS)捕获实验和电子顺磁共振波谱结果表明该催化体系降解罗丹明B的ROS有SO_(4)^(·-)、·OH、1O_(2)和O_(2)^(·-),且此四种ROS在降解罗丹明B时的贡献作用相近。综合分析实验结果,该配合物在催化PMS用于染料废水修复处理领域可作为一种有效且能循环使用的新型多相催化剂。

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.

铜半胱胺配合物类Fenton催化降解土霉素的研究

为有效去除污染水体中的土霉素,采用水浴升温合成法制备了铜半胱胺配合物(Copper-Cysteamine-Iodine,Cu-Cy-I),并通过扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)、X射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)等方法对其形貌、结构、化学成分进行表征。为了研究Cu-Cy-I对土霉素的降解效果,考察了光照时间、H_(2)O_(2)浓度、溶液pH值、催化剂质量、溶液的初始质量浓度以及光源等因素的影响。结果显示,在100 m L质量浓度为100 mg/L的土霉素中加入20 mg Cu-Cy-I催化剂、0.025 mol/L H_(2)O_(2),置于高压汞灯下,照射100 min后对土霉素的降解率可达99.0%。采用自由基捕获试验探究了Cu-Cy-I/H_(2)O_(2)体系中的活性自由基,发现羟基自由基(Hydroxyl radical,·OH)、超氧自由基(Superoxide radical,·O_(2)^(-))和光生空穴(Photogenerated electrons,h^(+))三者共同作用并促进土霉素的降解。Cu-Cy-I对土霉素具有较高的降解效果,为抗生素废水的治理提供了一种新方法。

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%.

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。

Fe_(2)O_(3)-CuO/rCG催化降解水中苯并三氮唑的效能与机理

以煤矸石(Coal gangue,CG)为原料,通过煅烧、酸浸和金属改性制备铁铜改性煤矸石(Fe_(2)O_(3)-CuO/rCG),对Fe_(2)O_(3)-CuO/rCG的形貌结构进行了表征分析,并研究了Fe_(2)O_(3)-CuO/rCG/H_(2)O_(2)体系对苯并三氮唑(BTA)的降解效能和作用机理。结果表明:改性后Fe_(2)O_(3)-CuO/rCG比表面积和总孔容均明显增加,Fe_(2)O_(3)与CuO成功填充在材料孔隙内部;Fe_(2)O_(3)-CuO/rCG的最佳制备条件为煅烧温度650℃、煅烧时间3 h、金属离子负载浓度0.07 mol/L;Fe_(2)O_(3)-CuO/rCG/H_(2)O_(2)体系降解BTA的最佳条件为BTA质量浓度30 mg/L、Fe_(2)O_(3)-CuO/rCG投加量2 g/L、H_(2)O_(2)浓度7 mmol/L、温度25℃、转速240 r/min,反应2 h时,体系对BTA降解率最高可达94.86%,TOC与TN去除率分别可达87.69%与84.27%;Fe_(2)O_(3)-CuO/rCG耦合类Fenton体系去除BTA的作用机制主要有吸附和催化降解两种,吸附主要有孔隙填充、配体吸附和氢键作用,催化降解过程·OH和^(1)O_(2)为主要活性物种,且^(1)O_(2)占主导地位,Fe^(2+)/Fe^(3+)和Cu^(+)/Cu^(2+)的氧化还原循环加速了类Fenton体系中活性物种的生成。

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。

氧化锌纳米颗粒光催化降解T-2毒素性能分析

为了利用光催化技术实现T-2毒素的高效、绿色降解,本研究采用绿色温和的溶剂水热法制备出结晶度高、分散性良好的0D ZnO纳米颗粒光催化材料,并通过高分辨透射电子显微镜、瞬态光电流响应等表征手段对其性质以及光催化降解T-2毒素性能、影响因素和机理进行探究。结果表明:成功制备得到平均粒径约为43.23 nm的ZnO纳米颗粒,经条件优化后可以在240 min内通过光催化降解去除超过95%初始质量浓度为5μg/mL的T-2毒素,降解动力学常数达0.0299μg/(mL·min),催化剂最佳质量浓度为0.5 mg/mL,最佳适用体系的pH值为5~9。光电表征结果确定了ZnO具有良好的光吸收和响应性能以及电荷分离性能,并确定羟自由基在T-2毒素降解中起主导作用。本实验结果可为相关领域绿色高效降解、转化和去除T-2毒素提供有效理论参考和技术支持。

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。

油脂中黄曲霉毒素B_(1)的控制及光催化降解研究进展

黄曲霉毒素B_(1)(aflatoxin B_(1),AFB_(1))的控制是油脂加工领域的难题。受技术水平限制,我国食用油脂及制品中AFB_(1)限量标准难以达到国际高水平。AFB_(1)的性质较稳定,在油脂加工过程中难以完全脱除。目前,在严格控制原料品质的基础上,借助碱炼工序等方法使AFB_(1)水解再经水洗脱除是我国油脂加工领域常用的脱除AFB_(1)的方法。但对于利用物理压榨工艺制取的风味油脂,仍需开发新技术以兼顾油脂的品质和安全。近年来,高效且无二次污染的光催化技术引起广泛关注。本文在综述了油脂中AFB_(1)控制措施的基础上阐述了光催化降解AFB_(1)的原理、光催化效率增强途径、AFB_(1)降解路径等,以期为开发高效、安全、经济的光催化剂,光催化技术在油脂加工领域的应用,及油脂中AFB_(1)控制新技术的研发等提供参考。

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。

镉基MOF的合成及光催化降解亚甲基蓝性能研究

在水热条件下,利用1,2,3-丙烷三羧酸(H 3ptc)、1,10-邻菲罗啉(phen)与醋酸镉合成得到一例金属有机骨架材料Cd(Hptc)(phen)。晶体结构分析表明,双核镉单元通过4个丙烷三羧酸氢根配体的桥联作用形成沿[100]方向的一维链,链与链之间通过π…π堆积和氢键作用完成三维超分子构筑。以不同染料为目标降解物,考察标题配合物的光催化降解性能。结果表明,在可见光照射300 min后,该催化剂对MB有较好光催化降解性能,去除率达75.3%,降解反应符合一级动力学过程。

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)。

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%.

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.

Beta@ZIF-67复合材料的制备及对聚乳酸塑料的催化降解性能

以聚乳酸(PLA)为代表的可降解塑料被认为是传统石油基塑料的合适替代品.然而,PLA自然降解的时间较长,同时伴随着CO_(2)的排放.因此,升级回收PLA更有利于实现可持续发展.本文通过将沸石咪唑酯骨架(ZIF-67)生长在Beta沸石表面,制备了一种Beta@ZIF-67复合材料.该材料可以实现废弃PLA塑料的高效催化降解,在180℃下反应4 h即可将日常生活中所用PLA塑料完全转化为乳酸甲酯(产率高达76.4%).这种高催化效率得益于复合材料开放的孔道结构和较大的比表面积,以及ZIF-67(Lewis酸/碱)与Beta分子筛(Brønsted酸)所提供活性位点的协同作用.本研究为沸石分子筛复合催化剂的设计合成及用于聚乳酸塑料催化降解提供了新的途径.

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%。

银掺杂二氧化钛光催化降解亚甲基蓝性能研究

探讨了银掺杂二氧化钛(Ag/TiO_(2))催化剂在可见光下光催化降解有机染料的能力,并以亚甲基蓝为目标物考察了降解时间、光源、pH、催化剂用量、H_(2)O_(2)加入量对其光催化性能的影响.利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)进行表征.结果表明:在可见光下,光降解时间为150 min、pH为9.2,Ag/TiO_(2)的投加量为0.4 g时,Ag/TiO_(2)的光催化性能最优,Ag/TiO_(2)对40 mg/L亚甲基蓝的降解率达到了96.85%,与TiO_(2)在紫外光下的降解效果相当.Ag/TiO_(2)催化过程符合一级动力学模型,通过银的掺杂,拓宽了TiO_(2)的响应波长覆盖可见光区并使其催化效率大幅提高,该研究对二氧化钛在光催化领域的应用具有一定的参考意义.