TiO_(2)基光催化剂的负载改性方法研究进展

TiO_(2)由于比表面积大、化学性质稳定、具有较高光催化活性等优点,在环境治理保护、光催化降解污染物等方面广泛应用。但其禁带宽度较大,只能吸收紫外光,且光生电子-空穴对再复合率较高,使其对太阳光的利用率大大降低,从而限制了其大规模的工业化应用。因此,如何进一步提高TiO_(2)半导体材料的光催化效果以及对太阳光的利用率备受研究者关注。对TiO_(2)的负载改性方法如非金属元素负载、金属元素负载、半导体复合改性以及染料敏化改性等方面的研究进展进行了综述。

碳量子点-纳米TiO_(2)复合光催化剂对污水中Cr(Ⅵ)的去除研究

为了开发高效的重金属离子可见光催化剂,以枸杞为碳源采用微波法制备碳量子点(Carbon Quantum Dots,CQDs),以三氯化钛溶液为前驱体,通过水热法制备纳米TiO_(2),并用硅烷偶联剂(KH-540)对纳米TiO_(2)表面进行改性,将改性后的纳米TiO_(2)与枸杞碳量子点复合制备出复合光催化剂(CQDs/TiO_(2)),并在含Cr(Ⅵ)废水pH值=3及pH值=7的条件下研究了CQDs/TiO_(2)对紫外光和可见光作用下的催化性能。研究结果表明:无论是紫外光还是可见光,初始pH值=3时CQDs/TiO_(2)和纳米TiO_(2)对溶液中Cr(Ⅵ)的催化去除率均比pH值=7时高;在初始pH值=3,Cr(Ⅵ)初始质量浓度为10 mg/L,CQDs/TiO_(2)投加量1 g/L的条件下,Cr(Ⅵ)的可见光催化去除率可达61%,比单独TiO_(2)提高了20%。该碳量子点-TiO_(2)复合光催化剂的制备可明显提高溶液中Cr(Ⅵ)的去除,可为污水中其他重金属离子的去除提供参照,具有显著的研究意义。

磁性分子筛负载TiO_(2)复合光催化剂的制备及性能

采用超声辅助水热法合成了磁性分子筛Fe_(3)O_(4)/SSZ-13,然后通过溶胶-凝胶法对其继续负载TiO^(2)制得复合光催化剂TiO_(2)-Fe_(3)O_(4)/SSZ-13。借助XRD,FTIR,SEM,TEM,VSM,UV-Vis,PL对其形貌、结构及性能进行了表征,并考察了其光催化性能。表征结果表明,Fe_(3)O_(4)的加入不会改变分子筛的原有结构,复合材料的光响应范围扩大,电荷分离效率提高。降解实验结果表明,光照40 min时活性艳红的去除率可达89.7%,光照60 min时活性艳红去除率可达最大(93.6%),较TiO_(2)提高了5.7%。此外,这种材料还具有较强的磁性,饱和磁化强度为17.80(A·m^(2))/kg,可通过外加磁场回收。

Ag/MoS_(2)/TiO_(2)复合光催化剂的制备及其性能研究

以钛酸四丁酯、氢氟酸、钼酸钠、硫代乙酰胺和硝酸银为原料,通过水热合成法和光沉积法成功制备了Ag/MoS_(2)/TiO_(2)复合光催化剂。在可见光照射下,将该复合光催化剂应用于罗丹明B(RhB)的降解和Cr(Ⅵ)的还原实验。结果表明:在可见光照射下,Ag/MoS_(2)/TiO_(2)复合光催化剂光催化降解RhB和还原Cr(Ⅵ)的效率(100.0%、100.0%)相比TiO_(2)(6.8%、29.8%)、MoS_(2)(14.3%、48.8%)、MoS_(2)/TiO_(2)复合光催化剂(92.0%、93.5%)均有所提高,且降解和还原速率都有一定的提高。这主要得益于Ag纳米颗粒的等离子体共振效应、MoS_(2)的优异助催化性能、MoS_(2)/TiO_(2)匹配的能带隙与空间结构。在可见光照射下,Ag/MoS_(2)/TiO_(2)复合光催化剂能高效实现光生电子和空穴对的分离与转移,提高光催化效率。

用于析氢反应的TiO_(2)基光催化剂的研究进展

TiO_(2)作为一种应用于光催化领域的前沿材料,受到了广泛的关注。TiO_(2)作为光催化剂的性能取决于各种参数,包括形貌、表面积和结晶度。虽然TiO_(2)在各种催化体系中均表现出良好的催化活性,但由于其低导电性和较宽带隙,TiO_(2)作为光催化剂的性能普遍受到限制。众多研究致力于克服这些问题,使得光催化性能得到了显著改善。本文综述了近年来TiO_(2)光催化析氢反应的研究进展,重点讨论了关于催化剂组分的改变、掺杂以及光敏化对TiO_(2)光催化活性的调整与改良,对每种改性方法的优点和局限性进行了评述,最后指出了TiO_(2)作为光催化剂在未来发展中面临的主要问题和发展前景。

硅藻土基复合光催化剂的制备及其在黄药降解中的应用

为了实现对浮选废水中残留黄药的高效降解,首先采用油浴沉淀法制备了TiO_(2)/硅藻土二元复合光催化剂,考察了TiO_(2)负载量和H_(2)O_(2)添加量对所获产物在紫外光照射条件下对黄药降解性能的影响。在经优化得到的二元复合光催化剂的基础上,又采用水浴沉淀法制备得到BiOCl/TiO_(2)/硅藻土三元复合光催化剂,考察了BiOCl负载量对三元复合光催化剂降解黄药性能的影响。研究结果表明,当TiO_(2)与硅藻土的质量比为1:5、质量分数为30%的H_(2)O_(2)添加量为2 mL时,所获二元复合光催化剂的降解性能最佳,在60 min内对黄药的降解率可以达到近60%;当BiOCl与TiO_(2)及硅藻土的质量比为1:2 :10时,三元复合光催化剂表现出最佳的光降解黄药性能,在90 min内对黄药的降解率可以达到90%以上。与二元复合光催化剂相比,BiOCl/TiO_(2)/硅藻土三元复合光催化剂不仅实现了对黄药的降解从较高能量的紫外光拓宽至可见光,而且表现出更加优异的降解黄药性能,具有潜在的实际应用前景。

化学混凝-TiO_(2)/g-C_(3)N_(5)光催化降解处理印刷废水

为了实现对高色度和高化学需氧量实际印刷废水的高效降解,采用混合法制备了TiO_(2)/g-C_(3)N_(5)复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、N_(2)吸附-脱附、紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、稳态荧光光谱(PL)、瞬态光电流(TPC)和电化学交流阻抗(EIS)等表征技术对复合光催化剂的物相晶型、比表面积、光化学和电化学性能进行了全面的表征。TiO_(2)与g-C_(3)N_(5)复合后形成异质结,提高了对可见光的吸收和转化能力,拓宽了光谱响应范围,有效抑制了光电子-空穴的复合,TiO_(2)/g-C_(3)N_(5)比表面积达到了76.77 m^(2)/g。以FeCl_(3)和聚丙烯酰胺(PAM)为混凝剂和助凝剂对实际印刷废水进行预处理,实现了对印刷废水中悬浮物的去除。在Ti O_(2)/g-C_(3)N_(5)复合光催化剂投加量为0.8 g/L、光照时间为60 min、印刷废水p H为5的条件下光催化处理实际印刷废水,实际印刷废水的COD去除率和色度去除率分别为94.36%和96.82%。循环使用10次后TiO_(2)/g-C_(3)N_(5)复合光催化剂对实际印刷废水的COD去除率和色度去除率分别为89.76%和90.34%,仍具有良好的处理效果。

薄荷碳点/TiO_(2)复合光催化剂的制备及其性能研究

以薄荷粉为生物碳源,采用一步水热法成功制备出薄荷碳点/TiO_(2)复合光催化剂。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、孔隙比表面分析仪(BET)、表面光电压(SPS)对薄荷碳点/TiO_(2)复合光催化剂的结构、形貌、比表面积及光生电荷分离特性进行了表征;考察了薄荷碳点/TiO_(2)复合光催化剂对模拟污染物罗丹明B(RhB)的催化降解性能。结果表明,薄荷碳点改善了TiO_(2)的光催化性能,超氧自由基·O_(2)-是薄荷碳点/TiO_(2)复合催化剂光催化降解反应中的主要活性自由基。与纯TiO_(2)样品相比,2%薄荷碳点/TiO_(2)的复合光催化剂的光生电子-空穴分离速率最高,对RhB表现出最好的脱色性能,光催化活性提高了2.24倍。

TiO_(2)-NB/pg-C3N4可见光催化降解17α-乙炔雌二醇的机理

通过煅烧自制的TiO_(2)纳米带(TiO_(2)-NB)和多孔氮化碳(pg-C_(3)N_(4))制备出新型的TiO_(2)纳米带/多孔氮化碳(TiO_(2)-NB/pg-C_(3)N_(4))光催化剂,优化了其制备条件,并用于可见光条件下催化降解雌激素活性最强的17α-乙炔雌二醇(EE2).通过SEM、TEM、XRD、UV-vis DRS、PL、XPS和BET等手段对催化剂结构和表面物理化学性质进行表征和分析.结果表明,B型TiO_(2)纳米带均匀负载至多孔氮化碳薄片上,形成TiO_(2)-NB/pg-C_(3)N_(4)复合光催化剂.最优条件下制备的TiO_(2)-NB/pg-C_(3)N_(4)降解EE2的速率常数(0.02537min^(-1))分别是TiO_(2)-NB(0.00197min^(-1))和pg-C_(3)N_(4)(0.0077min^(-1))的12.88倍和3.29倍.自由基捕获实验结果显示超氧自由基(·O_(2)-)是TiO_(2)-NB/pg-C_(3)N_(4)可见光催化降解EE2的主要活性物种.HPLC-MS中间体检测结果显示,可能的降解中间体主要有4个,提出可能的降解途径,而且通过MCF-7雌激素活性测试法可知降解过程产物的雌激素活性基本消除.

纳米二氧化钛复合光催化的制备及其光催化活性的研究

本实验首先利用溶胶-凝胶和煅烧法制备合成了上转光剂Er^(3+):Y_3Al_5O_(12),然后采用水热法,制备上转光剂Er^(3+):Y_3Al_5O_(12)与二氧化钛复合光催化剂Er^(3+):Y_3Al_5O_(12)/TiO_2.并利用X-射线粉末衍射仪和扫描电镜对其进行表征.此外,我们还研究了以亚甲基蓝溶液模拟实际废水,通过测定其紫外-可见吸收光谱,得出上转光剂与二氧化钛物质的量比为6:100时其降解的效果最好.

MWNTs/TiO_2对典型氯苯类化合物的光催化降解研究

研究复合光催化剂MWNTs/TiO2对典型氯苯类有机化合物光催化降解动力学及主要光降解路径.结果表明,同一初始浓度和相同光催化降解实验条件下,60min时典型氯苯类有机化合物的光降解率均达到90%以上.其中六氯苯和五氯苯的光催化降解速率常数分别为0.0664h-1和0.0670h-1,其大小明显高于其它氯苯类化合物.1,二氯苯的光催化降解反应速率常数仅为0.0430h4--1,在典型氯苯类化合物中最小.三氯苯的3种同分异构体——1,3-三氯苯、24-三氯苯和1,5-三氯苯的光催化降解速率常数分别为0.0547h2,1,,3,-1、0445h0.-1和0.0439h-1.六氯苯的主要光催化降解路径为:HCB→PeCB→1,2,3,5-TeCB→1,2,4-TCB→1,4-DCB.

Pr^(3+):SrTiO_(3)/TiO_(2)-N复合纳米纤维制备及其蓄能光催化活性

以电纺TiO_(2)-N纳米纤维为基质和反应物,结合一步水热法制备了Pr^(3+):SrTiO_(3)/TiO_(2)-N复合纳米纤维。运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)和电子顺磁共振(EPR)等分析测试手段对其物理、化学性质进行了系统表征。结果表明:Pr^(3+):SrTiO_(3)在光照时能够储存外界光能,并在黑暗环境中缓慢释放,为TiO_(2)-N光催化反应提供能源,实现了无外光照射下的催化降解功能。Pr^(3+):SrTiO_(3)/TiO_(2)-N复合纳米纤维,可见光照120 min,亚甲基蓝被完全降解;四次交替光照(20 min)和黑暗(100 min)实验,其降解率也能达到100%。