Fe3O4/GO/NCN复合材料的制备与光催化Fenton反应探究

本文在N2气氛下热缩聚法合成了高N含量的g-C3N4,随后通过水热合成法构筑了GO/g-C3N4界面复合材料,最后根据Fenton反应与光催化剂的协同效应,设计合成了Fe3O4/GO/g-C3N4复合光催化剂,并将它们应用于RhB的降解,进一步探讨了光促Fenton反应的降解机理。实验还发现,提高N含量与GO/g-C3N4界面效应均能有效提高光催化效率,此外,负载Fe3O4的复合光催化剂可通过外部磁场进行分离回收再利用,这也为实际应用提供了便利。

光催化降解土霉素的影响因素及反应动力学研究

采用自制TiO_(2)/ACF光催化材料对土霉素模拟废水的降解过程进行了研究,探究了不同土霉素的浓度、溶液pH、腐殖酸浓度以及常见无机离子对其降解过程的影响,并对其光催化降解动力学进行了研究。研究结果表明:1)TiO_(2)/ACF光催化氧化法对30~70 mg/L范围内土霉素降解率均在80%以上,其降解过程符合准一级动力学模型;2)土霉素浓度越低,土霉素降解率和COD去除率越高,30 mg/L时达86.1%和50.4%;3)随着pH的增加,土霉素降解率和COD去除率均先增大后减小,pH为7时土霉素降解率最大为85.0%,pH为5时COD去除率最大为51.1%;4)腐殖酸的存在明显抑制了土霉素的降解过程,浓度越高抑制作用也越大,添加10 mg/L腐殖酸土霉素降解率降低了12.5%;5)Cl^(-)、Cu^(2+)、Mg^(2+)存在时,COD的去除有明显提高。HCO_(3)^(-)、NO_(3)^(-)的存在则降低了土霉素降解速率常数。

准均相光催化剂制备及其在交叉脱氢偶联反应中的应用

以甲基丙烯酸甲酯(MMA)和对氯甲基苯乙烯(VBC)为单体,偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA)为引发剂,通过乳液聚合制备温敏聚合物材料P(MMA-co-VBC x%)。通过接枝反应将玫瑰红(RB)引入到P(MMA-co-VBC x%)中,得到上临界溶解温度(UCST)型准均相聚合物催化剂P(MMA-co-VBC x%)-RB y%。使用1H NMR、FTIR和GPC表征了P(MMA-co-VBC x%)和P(MMA-co-VBC x%)-RB y%的结构,分析了温敏材料和准均相催化剂的UCST行为,并以N-芳基四氢异喹啉(THIQ)和硝基甲烷(NM)的交叉脱氢偶联反应(CDC)为模型,研究了准均相催化剂的催化性能和回用性能。结果表明,P(MMA-co-VBC x%)的T cp(浊点)随VBC含量增加而下降,准均相催化剂P(MMA-co-VBC x%)-RB y%的T cp随RB含量增加而下降,在乙醇-水体积比为4∶1时,两类聚合物的响应温度位于40~60℃;P(MMA-co-VBC x%)-RB y%具有较好的溶解-析出性能,溶解-析出循环5次时,回收率>90%;在催化THIQ和NM的反应中,P(MMA-co-VBC x%)-RB y%的催化活性与均相催化剂RB相当,且适用于其他衍生物的反应,降温可回收催化剂,重复使用5次,催化活性无明显下降。

用太阳光“照”出乙烯——记中国科学院理化技术研究所光催化乙烷氧化脱氢反应机制

“乙烷是天然气、页岩气开采过程的主要副产物之一,因经济价值低、运输难度大,难以资源化利用。光催化技术能直接利用太阳能,将这些乙烷转化为乙烯,具有成本效益。”中国科学院理化技术研究所施润副研究员介绍了这个技术的前景。

钴基助催化剂在光催化产氢中的应用研究进展

通过光催化分解水产生的氢气可以用于驱动燃料电池或其他能源转换设备,这有助于减少对化石燃料的依赖,减少温室气体排放。但是实验发现,很多光催化剂存在可见光利用率低和光生电子-空穴易复合的问题。为了抑制光生电子-空穴的复合,提高光催化剂产氢效率,研究者们尝试了多种催化剂改性方式,加入助催化剂是其中最有效的方式之一。传统的贵金属助催化剂虽然有良好的效果,但是价格高,不利于大量生产应用。钴(Co)是一种廉价易得的过渡金属,作为助催化剂其效果有时可与铂(Pt)等贵金属相当。本文总结了不同Co基助催化剂,如Co的硫化物、氧化物、氢氧化物以及磷化物等助催化剂在光解水产氢方面的研究进展,希望对该领域的研究提供一些有价值的参考。

分子模拟在废水光催化脱氮实验教学的应用

设计光催化脱氮实验,利用水热横向热剥离法制备Cl/S共掺杂的无金属氮化碳纳米管作为光催化剂(Cl/S-TCN),对催化剂进行表征分析。使用Materialstudio模拟软件,探究了催化材料的电子结构变化和光催化脱氮反应。与三聚氰胺直接煅烧获得氮化碳对比发现,Cl/S-TCN具有更大的比表面积和更强的光响应强度,提高了光催化脱氮性能。DFT计算表明,表面Cl和S掺杂剂优先吸附NO3-中的O原子,并通过O原子将光诱导e-传递给N原子,最终破坏N-O键。该实验旨在培养学生从分子角度分析无金属催化剂在可见光下驱动脱氮反应,加深学生对化学知识的理解,提高学生解决复杂工程问题的能力。

蜂窝型光催化反应器载体表面光强分布建模与分析

为了提高蜂窝型纳米二氧化钛(TiO2)光催化反应器紫外线光子的利用率,建立了平行式光催化反应器载体表面光强分布数学模型,并进行了仿真分析,结果表明:在紫外灯管功率不变的情况下,紫外光子强度总体与紫外灯管排布面到光催化剂载体平面垂直距离、紫外灯管间距呈现正向关系,但两参数的比例对辐射光强的x方向分布的均匀性影响较大,比例越小,x方向光强分布越不均匀。y方向的光强分布较为均匀,与两参数关系较小。仿真结果为蜂窝状光催化反应器载体表面紫外灯管的布局和功率选择提供了指导。

非均相Photo-Fenton反应中负载型光催化剂研究进展

与Fenton、类Fenton、UV/H2O2以及均相Photo-Fenton体系相比,非均相Photo-Fenton反应体系具有反应效率高?有效pH范围宽广以及催化剂可再生利用等优势,是一项极具发展潜力的新型高级氧化工艺。非均相Photo-Fenton反应体系的关键问题是催化剂问题。着重介绍了近几年来有关非均相Photo-Fenton体系中负载型光催化剂的研究发展概况,对目前光催化剂存在的一些问题以及未来发展方向进行了总结与展望。

UV/Fenton光催化氧化降解对氯苯酚废水反应动力学

研究了UV Fenton体系降解对氯苯酚废水的过程及动力学 .研究表明 ,反应降解速率主要与双氧水加入量、污染物初始浓度、亚铁离子浓度、pH值及载气种类有关 .在四分之一双氧水理论投加量的情况下 ,通入氧气 ,总酚的降解率可达到 98% ,CODcr去除率 80 %以上 .反应体系通入氧气 ,可显著提高污染物的去除率 .建立了CODcrUV Fenton降解的动力学模型 ,结果表明 ,该速率方程和实验数据拟合较好 .

TiO_(2)-Bi_(2)WO_(6) Zn(CH_(3)COO)_(2)-ACF复合材料吸附-脱附耦合光催化降解烷烃能效探究

采用水热和浸渍溶胶-凝胶法制备了TiO_(2)-Bi_(2)WO_(6) Zn(CH_(3)COO)_(2)-ACF复合材料(记为TBZA),通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、氮气吸附-脱附、紫外漫反射、光电流响应等手段表征其形貌和结构特性,并探究其在吸附-脱附耦合光催化反应器中对丙烷的降解性能。结果表明:制备的材料具有良好的光生电子-空穴分离率;在三级串联吸附-脱附耦合光催化反应器中,丙烷质量浓度为1000 mg/m^(3),流量为1.2 m^(3)/h,湿度为33%,温度为34℃,TBZA复合材料对丙烷吸附耦合光催化处理效率达到85.8%,相比于单一反应器提升了48.9百分点;在紫外灯照射下,脱附温度为65℃时,TBZA复合材料的再生效果达到最佳,再生后对丙烷的总体转化率下降不足2%,表明TBZA材料作为催化剂具有良好的循环再生性能。

光催化反应器中UV/Fenton光催化降解敌百虫农药废水的研究

在光催化反应器中,采用UV/Fenton光催化氧化技术,通过单因素分析实验及正交实验,对影响敌百虫农药废水的光催化降解过程中各因子进行分析及优化,研究结果表明:敌百虫有机磷农药光催化氧化降解率和COD去除率在A2B2C3D3及A3B2C3D3两种条件下都达到85%以上。当最适工艺条件控制为H2O2浓度7 mmol/L、Fe2+/H2O2比值1∶5,光照强度2000μw/cm2,pH为3,光照时间为90 min时,其中COD去除率、有机磷降解率分别为86.8%、89.9%以上,这表明UV/Fenton光催化氧化降解对敌百虫农药的降解具有较为显著的效果,为将来的应用奠定基础。

四羧基苯基卟啉铜敏化BiOCl纳米片的制备及其增强光催化性能研究

以硝酸铋和氯化钾为反应物,采用一步水热法合成了氯化氧铋(BiOCl)纳米片.通过考察不同反应时间和反应温度下所得BiOCl样品的光催化降解罗丹明B(RhB)活性差异,确定最佳合成条件,并在此基础上,采用相同方法原位合成四羧基苯基卟啉铜(CuTCPP)敏化BiOCl复合光催化材料(BP).利用XRD,SEM,UV-Vis DRS,XPS,PL等手段表征了材料的结构、形貌及光学特性,通过RhB光降解实验考察了BP复合材料的光催化性能并讨论了光催化作用机理.结果表明,与纯BiOCl相比,BP的光催化活性明显增强,其中BP-0.2%样品的光催化活性最强,紫外光照射10 min即可将RhB完全降解,即使将光源改为模拟太阳光,在20 min内也可使染料分子完全降解.这种光催化性能的增强得益于CuTCPP作为光敏剂修饰BiOCl增强了该半导体的光吸收能力,并有效地提高了光生电子和空穴的产生和分离效率.

光激发电荷在光催化氧化还原反应中的全利用

光催化转化CO_(2)为碳氢燃料,分解水产氢,选择性有机合成,还原N_(2)为NH_(3),降解毒害的有机污染物等对解决能源环境问题有重要意义。早在1972年,研究者利用TiO_(2)通过光催化实现了全面分解水产氢和产氧。由于低的可见光利用率,严重的载流子复合和过高的水氧化能垒导致光催化全面水分解的效率极低。由于氢相对于氧更具有经济价值,因此牺牲剂辅助的光催化产氢被大量研究。由于牺牲剂可以快速的消耗光生空穴,有效降低了氧化端的能垒,光催化产氢的效率相比于光催化水分解的效率提高了3–4个量级。然而,牺牲剂的使用不仅导致了光生空穴的浪费,成本的提高,还导致了潜在的环境问题。近些年,研究者通过将光催化还原反应和光催化氧化反应结合在一起实现了电子空穴的全面利用,并改进了氧化和还原的效率。同时,电子空穴的全面利用也有效的促进了电荷的分离并提高了催化剂的稳定性。然而,由于全面氧化还原的设计难度大,反应过程复杂,因此光催化全面氧化还原的机理尚不够明确,仍然需要大量的探索。在这篇综述中,首先从光捕获、光激发电荷分离、氧化还原反应的热力学和动力学过程等角度讨论了光催化的基本原理。然后根据不同的光催化氧化反应和光催化还原反应的耦合,比如光催化整体水分解、光催化产H_(2)与有机氧化耦合、光催化CO_(2)还原与有机氧化耦合、光催化产H_(2)O_(2)与有机氧化耦合、光催化N_(2)还原与N_(2)氧化耦合、光催化有机还原与有机氧化耦合等光催化全面氧化还原反应进行了系统分类。随后,从光催化材料的设计、反应条件、反应物和产物的多样性等方面详细考虑了光催化氧化还原反应的设计要点。此外,通过功函数、电子密度差、Bader电荷、吸附自由能的变化,讨论了密度泛函理论(DFT)计算在揭示光激发电荷转移、中间体转变过程中的速率决定步骤和氧化还原反应势垒方面的重要作用。然后,结合典型案例,尽可能通过原位表征和DFT计算,详细分析了各种光催化氧化还原反应的活性和机理。最后,从构建S型异质结光催化剂、合理负载助催化剂、设计光催化剂形貌、开发新型光催化剂、合理选择氧化半反应和还原半反应耦合、原位表征和DFT计算的结合等角度对光催化全面氧化还原反应的应用进行了总结和展望。该工作为光催化整体氧化还原反应的设计策略和机理洞察提供了参考。

电荷极化光催化剂光转化二氧化碳制多碳化学品的研究进展

二氧化碳(CO_(2))光合成高附加值多碳化学品是缓解温室效应和能源危机的极具前景的绿色发展新技术。设计具有电荷极化活性位点的光催化剂能够有效降低C-C偶联反应能垒,进而提高光合成多碳化学品催化选择性和活性。本文综述了光催化CO_(2)还原制C_(2)化学品的相关研究,深入研究电荷不对称位点构筑的主要策略,阐明微观层面上电荷极化效应对C_(2)产物活性和选择性的影响机制,总结出极具前景的高效光催化剂的设计与开发思路,为光催化技术的实际应用提供重要的理论和实践指导。展望未来,应更加注重催化剂在原子层面上的精准调控,开发出更高效、更专一的多碳产物制备系统,助力能源产业结构的低碳转型。

微生物燃料电池耦合光催化技术降解葡萄酒清洗废水研究

光催化耦合微生物降解技术,在微生物代谢后期,污水中COD下降到光催化剂反应的范围,利用光能激发催化反应,将有机物质氧化成活性基团,可以将水体中难降解的有机物分解。以碳棒作为阳极,以碳布材料作为阴极,以负载TiO_(2)的活性炭作为生物载体,构建微生物燃料电池体系。葡萄酒废水酸性环境下微生物的生长缓慢,当阳极底物质量浓度由1000 mg·L^(-1)增大到3000 mg·L^(-1)时,COD去除率由较低水平的67%增大到较高水平的92%。在一定范围内,随着阳极底物质量浓度的增加,COD的去除率也有所增加。当阳极底物质量浓度由3000 mg·L^(-1)增大到4500 m·L^(-1)时,COD去除率由92%减小到81%,光催化的引入对处理低浓度的氨氮、总磷和COD效果均高于90%。

光催化非均相Fenton反应-间接荧光光度法测定大气微颗粒物中邻苯二甲酸酯类含量

采用溶胶-凝胶法制备了纳米铁酸铋，用作荧光光度法测定大气微颗粒物中邻苯二甲酸酯（PAEs）计量时的Fenton试剂。在水解液中加盐酸（1＋1）溶液中和并用0．03mol·L-1磷酸盐缓冲溶液控制酸度至pH7，加入铁酸铋0．0500g及过氧化氢使其浓度在100mL总体积中达0．02moL·L-1，进行光催化Fenton反应3．5h。根据在417nm处所测得荧光强度，可对所含PAEs进行定量。邻苯二甲酸二乙酯的浓度在3．8×10-7～4．8×10-5mol．L叫范围内与其荧光强度呈线性关系，检出限（3S／N）为5．43×10^-8 mol·L-1.加标回收率在90．89／6～108％之间，测定值的相对标准偏差（N-7）在2．1％～8．3％之间。

非均相Photo-Fenton反应中催化剂及其光催化机理研究进展

非均相Photo-Fenton反应体系具有反应效率高、有效pH范围宽广以及催化剂可再生利用等优势,是一项极具发展潜力的新型高级氧化工艺。本文简单介绍了近几年来有关非均相Photo-Fenton体系中负载型光催化剂的最新研究成果,主要包括以SiO_2、Al_2O_3、分子筛、碳基材料、黏土材料等无机载体,以及以离子交换树脂和有机纤维材料等有机载体制备的负载型光催化剂,并且在此基础上着重讨论了光催化机理。对目前非均相Photo-Fenton反应存在的一些问题以及未来发展方向作了总结与展望。

管式加肋光催化反应器降解甲醛实验研究

为探究无肋片与有肋片条件下净化甲醛能力及不同浓度甲醛环境下气流速度和辐照度对甲醛降解效果的影响,分别采用无肋片管式光催化反应器和4片直肋管式反应器对甲醛进行波长为254 nm紫外光光催化氧化反应降解试验。结果表明,在反应器内部设置肋片在一定程度上可提高净化甲醛效果。在高浓度甲醛环境下,反应器净化甲醛最佳气流速度为2 m/s;在低浓度甲醛环境时,气流速度为1~2 m/s时,反应器净化甲醛能力无明显区别。而环境中甲醛浓度的变化对辐照度无明显影响。

介孔CuCo/FeCeO_(x)催化剂协同催化类Fenton反应

类Fenton反应是降解水中有机污染物的有效方法之一,开发高效的非均相催化剂至关重要。通过硬模板法制备了Fe掺杂的具有有序介孔结构的FeCeO_(x)材料,以此为载体通过浸渍法负载Cu和Co后,构建了具有多金属活性位点的催化剂。催化剂在亚甲基蓝降解反应中表现出优异的催化性能,在45 min内可将亚甲基蓝完全降解,且具有良好的循环使用性能,使用5次后亚甲基蓝降解率仍达到93.3%。催化剂的介孔结构有利于吸附亚甲基蓝,暴露更多的活性位点,多金属之间的协同作用促进了催化剂上的电子转移,从而提高H_(2)O_(2)的活化效率和促进·OH的产生。

水合氧化铁催化类Fenton反应降解水中四环素

环境中抗生素污染及其降解过程是当前研究的热点问题,为探讨自然过程中铁氧化物(水合氧化铁,HFO)在氧化剂(过氧化氢,H_(2)O_(2))存在条件下对四环素(TC)的降解作用及TC代谢途径,采用湿沉淀法合成HFO,研究了其催化H_(2)O_(2)高效降解水中TC的效果,同时通过X射线衍射(XRD)、N_(2)吸附-脱附、光电子能谱仪(XPS)、傅立叶红外-拉曼光谱仪(FTIR)等手段对样品进行了表征,阐明了HFO催化H_(2)O_(2)降解TC的机理.结果表明,HFO具有介孔结构,HFO/H_(2)O_(2)体系可在180 min内去除水中90%的TC,3次连续循环后去除率保持75%,表现出良好的催化活性和稳定性;HFO在催化过程中部分Fe—O官能团转变成Fe—OH官能团,∙O_(2)^(-)为主要活性物质;TC降解过程中出现9种中间产物,说明TC主要是通过羟基化、去甲基、去酰胺基和开环等途径被降解成小分子化合物.