S,W共掺杂球形纳米TiO2复合材料的制备及太阳光催化性能

以硫脲为S源、NaWO4·2H2O为W源采用改性溶胶–凝胶法制备S,W共掺杂的球形纳米TiO2复合材料,并以10 mg/L的甲基橙溶液为底物测定了其太阳光催化性能。结果表明,当S,W掺杂质量分数为5%,制备时的焙烧温度为500℃,甲基橙溶液的pH值为4时,复合材料的太阳光催化性能最高,甲基橙溶液太阳光照射6 h降解率达到99.8%。

纳米氧化亚铜太阳光催化氧化法处理印染废水

以太阳光为光源,采用自制纳米Cu2O粉末,在太阳光照下对印染废水进行光催化氧化处理,研究了光照时间,废水起始pH,氧供应量对COD和色度去除的影响.本法试验结果表明,增加供氧量,提高处理pH值均能提高COD和色度去除率.催化剂连续使用,具有很好的稳定性,便于工业使用.

片花状ZnO@碳球核壳结构的制备及太阳光催化性能

采用水热法合成具有核壳结构的片花状ZnO@碳球系列复合物(ZnO@C)。利用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),X射线光电子能谱(XPS),红外光谱(FTIR),紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS),荧光光谱(PL)以及N2吸附-脱附等技术对所合成样品进行表征,结果表明,碳球被ZnO纳米片包裹形成具有核壳结构的片花状复合物,碳球的存在增加了ZnO对可见光的吸收,有效抑制了光生电子空穴对的复合。在模拟太阳光下,对活性染料GR黑及甲硝唑的光催化降解测试结果显示,ZnO@C系列复合物的光催化性能均高于纯ZnO,其中ZnO@C-2样品表现出最好的光催化性能,其光催化降解GR黑和甲硝唑的速率分别为纯ZnO的4.2倍和2.1倍。

染料及表面活性剂的太阳光催化降解

制作了一种聚集太阳光光催化反应装置,在纳米半导体TiO2存在下可用于净化染料和表面活性剂污染物,并可使其快速降解并矿化.含有N—甲基助色基团染料的降解伴随脱甲基过程,混合物最大吸收峰发生蓝移.总有机碳(TOC)值降低与污染物有关,当降解生成中间体与污染物有较强的竞争吸附时,TOC值有升高现象.对不同的污染物降解,有不同的较适宜的TiO2用量.

太阳光催化氧化工艺对藻源含氮有机物的降解研究

利用小试试验研究了太阳光/TiO2体系对铜绿微囊藻细胞内的溶解性有机氮(DON)的氧化降解过程,考察了氧化降解过程中总可溶性蛋白、多糖、UV254等指标的变化,分析了其作用机理.结果表明,7h处理后,太阳光/TiO2体系对水样中的DON降解率为29%,且降解过程中TN含量基本没有变化,而NH4+和NO3-的浓度明显增加;氧化过程中,总可溶性蛋白和多糖的含量明显减少,去除率达48.6%和54.5%.水样的浑浊度、UV254和DOC也有不同程度的去除.

Mn2O3/TiO2太阳光催化性能的研究

以钛酸丁酯和乙酸锰为前驱物,采用溶胶-凝胶(sol-gel)法成功地制备了纳米Mn2O3/TiO2粉体,利用XRD、TEM和TG-DSC对粉体进行了表征。以甲基橙为模型化合物,研究了热处理温度、锰的含量、凝胶pH以及溶液的pH、甲基橙浓度、太阳光照时间和光源等对Mn2O3/TiO2光催化活性的影响。

太阳光催化反应器的研究进展

以太阳光为光源的光催化氧化技术是一种清洁和节能的污水处理技术。对廉价和高效的太阳光催化反应器的设计和放大是这项技术研究的关键,也是实现工业化应用的重妻因素。结合近几年国外对太阳光催化反应器的研究,详细地讨论了目前几种太阳光催化反应器的发展及应用研究,比较了不同反应器的优缺点,同时提出一些建议和今后的研究方向。

利用固定型和悬浮型反应器进行太阳光催化降解亚甲基蓝的比较

通过光催化还原方法制备了Ag TiO2 催化剂 ,并采用平板式固定型光催化反应器直接利用太阳能进行亚甲基蓝 (MB)降解研究 ,与悬浮型光催化反应器的实验结果对比证明 :利用平板式固定型光催化反应器进行太阳光催化氧化降解有机污染物优于悬浮型光催化反应器 .

金属Bi原位修饰具有(110)暴露面和表面氧空位的BiOBr以增强太阳光催化降解气相正己烷

烷烃是石油化工行业排放的一类重要的人为污染物.烷烃排放到大气后,很容易与大气中的活性物质发生反应,转化为复杂的臭氧和有机气溶胶等二次污染物.而这些二次污染物对大气环境和人类的负面影响更为显著.因此,有效地消除排放源中的烷烃以实现对大气环境和人类健康的保护是迫切需要的.近些年来,基于太阳光和Bi基半导体的光催化降解气相污染物受到了研究人员的广泛关注.然而,目前有关光催化在气相直链烷烃净化中的应用仍然很少.本文采用溶剂法合成了一系列Bi/BiOBr复合材料,并将其应用于太阳光催化降解典型的气相直链烷烃正己烷.XRD, SEM和TEM表征结果表明,反应溶剂中官能团数量的增加(从甲醇、乙二醇到甘油)和溶剂热温度的提高(从160, 180到200℃)均有助于实现具有(110)暴露面的BiOBr纳米板上金属Bi纳米球的原位修饰.同时Raman和XPS表征结果表明, Bi与BiOBr在(110)暴露面上形成了化学键,进而导致表面氧空位形成.在实验室自制的光催化反应器中研究了Bi/BiOBr复合材料的太阳光催化降解正己烷性能.120 min的降解反应结果表明,适量金属Bi原位修饰有利于促进BiOBr对正己烷的太阳光催化降解性能(初始浓度为15 ppmv的正己烷去除效率最高达97.4%).进一步结合UV-Vis, EPR,光电流和PL的表征结果发现,适量Bi原位修饰Bi OBr后复合材料表现出更高的可见光响应、更窄的带隙、更大的光电流、更低的电荷载流子复合率以及更强的·O2–和h+形成,最终实现高的光催化性能.本文的结论可有效拓宽Bi基光催化技术在净化石油化工行业排放的气体直链污染物中的应用.

太阳光催化氧化-膜分离三相流化床反应装置TiO_2悬浮性能

耦合太阳光催化氧化和有机膜分离技术,设计了一种新型太阳光催化氧化-膜分离三相流化床反应装置(简称反应装置),并对平均粒径0.22μm颗粒状TiO2催化剂在反应装置中的悬浮性能进行了研究。结果表明:增加TiO2投加量和光催化反应区曝气量均使TiO2悬浮浓度升高、直至最大平衡悬浮浓度,同时TiO2沉积现象亦随之变得严重,最佳曝气量和TiO2投加量分别为0.30 m3·h-1和10.00 g。气冲洗使反应装置中TiO2悬浮浓度保持恒定,且适宜的气冲洗时间和气冲洗时间间隔分别为10 s和40 min。连通管上的阀门全开时膜分离器中TiO2悬浮浓度始终大于半开时的,而气冲洗前管式反应器中TiO2悬浮浓度在阀门全开时小于半开时的;膜出水对TiO2悬浮性能的影响很小。

镧负载改性TiO2太阳光催化降解微囊藻毒素的研究

考察了镧负载改性TiO2催化剂在太阳光下降解微囊藻毒素LR(MCLR)的效果及其影响因素。结果表明,镧负载改性的TiO2可显著增加MCLR在TiO2表面的吸附量,同时提高MCLR在太阳光下的降解率。随着镧负载量的增加,太阳光下MCLR降解率可从65%提高到95%,pH降低可促进MCLR的降解。改性TiO2对藻毒素的降解存在最佳投加量,实验结果表明,在pH=6,MCLR初始浓度为2 mg/L,0.001-La-TiO2的最佳投量为0.5 g/L,在3 600μW/cm2太阳光下照射30 min,降解率可达97%。

Ag/TiO_2中空纳米纤维结构材料的太阳光催化性能

利用一种模板辅助的两步法制备银修饰的TiO2中空纤维光催化纳米结构材料(Ag/TiO2),借助于扫描电子显微镜(SEM),X光电子能谱(XPS),X线衍射(XRD),UV-vis光谱,Zeta电位等技术以及亚甲基蓝(MB)在不同光源条件下的降解脱色对目标材料结构、性能等进行了表征.结果表明:在空气气氛和适当温度下处理前驱材料(Ag+-Ti 4+/CF)可以同时实现模板(CF)的去除,Ti 4+→TiO2和Ag+→Ag的原位转化;材料的纳米纤维结构化和适量Ag(0.20%,质量分数)的引入有利于其太阳光催化性能的提高;该纤维材料易于分离,再利用.该纳米纤维结构材料良好的太阳光催化性能是众多因素协同作用的结果.

在半导体粒子存在下表面活性剂的太阳光催化降解

阴离子表面活性剂,十二烷基苯硫酸钠(DBS)、阳离子表面活性剂苯基十二烷基二甲基氯化铵(BD-DAC)和非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚(NPE—n)能够在太阳光照射下于二氧化钛分散的水溶液中进行光降解,垂直和平行型太阳能反应器在户外被应用,线型的和异构化的DBS的光降解通过表面张力,紫外吸收和染料萃取测量进行比较。DBS和NPE—9的光降解用红外和核磁共振谱进行测量。表面活性剂中芳香烃部分比烷基和乙氧基更容易分解,这种降解体系对于处理含有表面活性剂的废水处理具有很现实的意义。

TiO<sub>2-QDs/Nb<sub>4N<sub>5纳米花的控制合成及太阳光催化全解水析氢性能

本文以NbCl5为前驱体,利用水热技术制备了Ti4+掺杂Nb2O5纳米花,再经高温氮化制得TiO2-QDs/Nb4N5纳米花。考查Ti4+掺杂量、水热时间、氮化温度对样品光生载流子分离效率的影响规律,建立了TiO2-QDs/Nb4N5纳米花的优化工艺,在Ti4+掺杂量1 wt%、水热时间3 h、氮化温度800℃时样品光电流为0.035 μA•cm−2,是Nb4N5纳米花(0.014 μA•cm−2)的2.5倍,载流子分离效率显著提升。在500 W氙灯模拟太阳光照射下,样品光催化全解水产氢活性为109.9 μmol•g−1•h−1,明显高于未修饰的Nb4N5样品(87.9 μmol•g−1•h−1)。2~3 nm TiO2量子点修饰在Nb4N5表面形成TiO2/Nb4N5局域异质结构,增强了从紫外到整个可见光区域的光吸收性能,促进了载流子高效分离,增大了比表面积及2~17 nm微介孔数量,增加了表面催化活性点位,协同提升样品太阳光催化全解水产氢活性。本文为进一步开发高性能Nb4N5基纳米光催化材料奠定了实验技术基础。

NCDs/TiO_2复合材料的制备及其在太阳光下催化制氢的应用

采用溶剂热法,以乙腈为溶剂和葡萄糖为原料制备了粒径约4 nm的氮掺杂碳量子点NCDs。当激发波长从330 nm增加到470 nm,NCDs水溶液发射光谱出现红移。随后,将一定配比的NCDs、TiO2及5 m L超纯水超声混合60 min,并在80℃烘箱内陈化24 h,NCDs纳米颗粒成功地复合到TiO2(TiO2)表面。该方法有效地拓宽了TiO2吸收光谱的范围,并且减少了光生电子和空穴对,从而增强了TiO2的光催化制氢性能。实验结果表明:投料比为m(NCDs):m(TiO2)=15:85时,以甲醇为牺牲剂的反应体系光催化制氢效果最好,该复合材料具有一定的稳定性,循环三次使用后仍然有一定的光催化制氢性能。

一步低温水热合成太阳光催化性能的片花状Ag/ZnO

采用简单原料,利用低温水热法一步合成出片花状Ag/ZnO。通过X射线衍射仪(XRD),场发射扫描电镜(FESEM),透射电镜(TEM), X射线光电子能谱仪(XPS),固体荧光光谱(PL),紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)及瞬态光电流响应等测试技术对催化剂进行了表征。探究了Ag沉积量和降解物pH值对光催化剂性能的影响。结果表明, Ag纳米颗粒沉积在片花状ZnO的表面可以有效提高其太阳光催化性能,其中Ag/ZnO-4(4%Ag,质量分数)样品光催化性能最好,其光催化降解GR黑的反应速率为纯ZnO的5.7倍。Ag/ZnO-4在pH为3~12的范围内对GR黑能保持较高的光催化降解性能,其降解前后的形貌及晶体结构没有发生明显变化,说明Ag的沉积还可以有效提高ZnO的耐酸碱能力。Ag/ZnO-4样品对其他类型的染料及抗生素甲硝唑等也具有较好的光催化降解效果。光催化循环测试结果表明Ag/ZnO-4具有良好的稳定性。自由基捕获实验结果表明·O-2和h+是光催化降解过程中的主要活性物种,·OH在光催化过程中仅起辅助作用。Ag/ZnO太阳光催化性能的提高主要归因于Ag纳米颗粒的等离子体效应增加了ZnO对太阳光的吸收利用以及Ag能作为电子陷阱有效提高ZnO的光生电荷分离效率。

中国科学院理化技术研究所的光催化乙烷氧化脱氢制乙烯研究获进展

近日,中国科学院理化技术研究所开发了一种温和条件下低碳烯烃的制备路线,利用钯锌(PdZn)金属间化合物负载的纳米氧化锌(ZnO)光催化剂,通过太阳光催化,实现光催化条件下乙烷氧化脱氢制乙烯。相关研究成果发表于《自然·通讯》杂志。

Fe^(3+)对TiO_2的自然光催化降解性能影响

采用溶胶—凝胶法制备了TiO2 光催化材料 ,在太阳光的照射下进行了加有Fe3+的染料溶液的光催化降解。实验结果表明 ,加有Fe3+后 ,TiO2 的自然光催化活性显著高于未加Fe3+的染料溶液 ,其与TiO2 在紫外灯下的催化活性相当。并对其催化机理进行了讨论。

ZnFe_2O_4/ZnO复合材料光催化氧化水中甲基橙

以硝酸铁、硝酸锌和草酸铵为原料,经沉淀反应制备光催化剂ZnFe_2O_4/ZnO,通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和XRD对产物进行结构表征。考察了ZnFe_2O_4/ZnO质量比、焙烧温度、焙烧时间、催化剂用量和循环使用等因素对甲基橙(MO)在太阳光辐射下光降解的影响。监测MO氧化过程中UV谱的变化,对反应中间体结构进行初步分析。实验表明,当MO溶液为10 mg/L,催化剂用量为1.0 g/L,在太阳光下辐射210 min,MO溶液的降解率可达91.18%,催化剂稳定性较好,适合处理MO染料废水。

ZnO/CuO复合材料的制备及光催化性能的研究

利用沉淀反应制备光催化剂ZnO/CuO,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)对产物进行结构表征,并进行粒径分析,评价其光催化氧化罗丹明B(RhB)的活性。在太阳光照射下,考察了n(ZnO)∶n(CuO)、焙烧温度、聚乙二醇(PEG)用量、催化剂用量和循环使用次数等因素对RhB光催化氧化的影响。监测RhB反应过程中紫外可见光谱的变化,对反应中间体结构进行初步分析。结果表明:当RhB溶液质量浓度为5mg/L、催化剂用量为1.116g/L、太阳光照射360min时,RhB降解率为81%,催化剂稳定性较好,适用于光降解水中的RhB染料。