改性TiO_(2)在光电协同下处理偶氮染料废水的研究进展

偶氮染料(AZO)是一类难被生物降解的水溶性高分子有机物,近些年来,由于良好的染色性能被广泛应用于印染等相关行业,但AZO废水一旦排入自然水体将会造成重大的环境污染问题。本文主要介绍了不同类型的改性TiO_(2)对AOZ废水的处理效果并分析了作用原理,对比分析了单一TiO_(2)与改性TiO_(2)的优缺点,积极探索改性TiO_(2)催化剂的催化机理,解析金属和非金属掺杂在其中的具体作用,为今后更加精准地控制掺杂金属或者非金属比例、提高催化剂效率提供科学依据和技术支持。

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。

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)。

铋改性TiO_(2)光催化剂的制备及其光催化性能

光催化剂是污水处理领域必不可少的光催化原料,为获得较高的降解效果,研究制备了铋改性TiO_(2)光催化剂(Bi-TiO_(2)光催化剂)并分析其光催化性能。分别制备铋基材料与TiO_(2)溶液,混合上述2种物质获得铋改性TiO_(2)光催化剂。以甲基橙作为试验模型溶液,测试铋基材料与TiO_(2)比例不同时该光催化剂的催化性能,以及不同温度条件、光照条件和光催化时长时的光催化性能变化情况,以验证甲基橙溶液浓度、pH值对于光催化效果的影响。实验结果显示,铋基材料与TiO_(2)的质量比为1∶1时,该光催化剂的降解效果与脱色效果最佳,具有良好光催化效果。Bi-TiO_(2)光催化剂展现出不同程度的甲基橙降解能力,其降解值随着铋基材料与TiO_(2)比例的变化呈现先增大后减小的趋势。温度为45℃,光照条件为15 h时,该催化剂光催化性能最佳,温度达到120℃以上时,光催化剂的光催化效果趋于稳定。甲基橙质量浓度为20 mg/L、pH值为4时,光催化性能更加理想。甲基橙质量浓度对Bi-TiO_(2)光催化剂的光催化性能影响较小,无论甲基橙溶液的质量浓度如何变化,光催化剂均能展现出较强的光催化效果,并且在甲基橙质量浓度为20 mg/L时表现出最佳脱色效果。pH值为4时,光催化剂展现出最高的甲基橙脱色率。由此可知,通过引入铋元素可以显著提高TiO_(2)的光催化性能和可见光响应能力。

改性油基TiO_(2)纳米流体的稳定性优化

为了制备出具有高稳定性的TiO_(2)/油纳米流体,通过控制改性剂种类、改性剂用量、改性温度三个变量设计了正交实验来探究改性TiO_(2)纳米颗粒的最佳方案。在9组正交实验中,吸光度结果表明,在50℃条件下使用2mL十六烷基三甲氧基硅烷改性TiO_(2)纳米颗粒,制备出的纳米流体具有最好的稳定性,在室温条件下放置10周后依旧能够保持稳定。通过接触角测试发现,该方法制备出的TiO_(2)纳米颗粒与去离子水之间的表面接触角从12.4°增加到143.3°,具有极强的疏水亲油性,有利于TiO_(2)纳米颗粒在导热油中的分散。此外,对正交实验结果进行分析,得出:最佳改性剂剂量为1mL,最佳改性剂种类为十六烷基三甲氧基硅烷,最佳改性温度为50℃。改性剂种类对纳米流体稳定性结果的影响最大,改性剂剂量对纳米流体稳定性的影响最小。

水热法合成TiO_(2)纳米粒子及可见光条件下降解亚甲基蓝

采用水热法制备二氧化钛(TiO_(2))纳米粒子并用于对亚甲基蓝的光催化降解,通过环境扫描电镜(ESEM)、透射电镜(TEM)、X-射线能谱仪(EDAX)、X-射线衍射仪(XRD),分别进行产物形貌表征、成分和晶型分析,并讨论可见光区域里不同光催化条件对亚甲基蓝的降解率的影响。结果表明:产物属于锐钛矿型TiO_(2),在(λ≥460nm)可见光区域里,光催化最优化实验条件为:亚甲基蓝浓度为20μg/mL,光照时间为60min,光催化剂用量为0.5 g,可达到最大降解率为57.35%。这为进一步发展TiO_(2)基复合光催化剂提供了基础数据。

化妆品用纳米TiO_(2)的制备及改性研究进展

纳米二氧化钛(TiO_(2))是一种重要的功能性材料,因具有优异的紫外吸收性、良好的遮盖性和抗菌性在化妆品、医疗等领域具有广泛应用。制备方法不同所得纳米TiO_(2)晶型、粒度、性能均存在差异,化妆品用纳米TiO_(2)需具有良好的分散性、耐候性及广谱紫外吸收性能。因此,旨在综述其常见制备方法及改性方法,根据化妆品功效发展趋势预测化妆品用纳米TiO_(2)改性研究方向。

基于响应曲面法的TiO_(2)/ZnO/BF改性沥青混合料性能分析

探究玄武岩纤维掺量、纳米TiO_(2)/ZnO掺量和油石比对沥青混合料的路用性能的影响,依据最优解制备复合改性沥青混合料,通过车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和四点弯曲疲劳试验进行路用性能验证。结果表明,复合改性沥青混合料最优配比为:纳米TiO_(2)/ZnO掺量3.99%,玄武岩纤维掺量6.16%,油石比5.44%。此方案下复合改性沥青混合料路用性能显著提升,相比于基质沥青和仅采用玄武岩纤维的改性沥青混合料,其水稳定性和高温性能提升最为明显。在不同应变条件下,复合改性沥青混合料疲劳寿命均为3种混合料中最大值,但其低温性能相较于仅采用玄武岩纤维的改性沥青混合料提升较小。

基于p-n异质结CuO/TiO_(2)复合物高效的载流子分离能力构建超灵敏AFP光电化学分析

将TiO_(2)纳米粒子与Cu(pta)MOFs复合,通过高温煅烧策略制得CuO/TiO_(2)复合物.在最优实验条件下,基于复合物对可见光更强的吸收利用效率,CuO/TiO_(2)修饰的ITO电极展现出显著的光电化学(PEC)响应信号,其光电流值(59.4μA)分别是单组分TiO_(2)和CuO粒子的15.5和7.4倍.线性扫描伏安法(LSV)测试结果证实CuO/TiO_(2)/ITO电极比CuO和TiO_(2)材料具有更大的LSV响应强度.这可归因于获得的薄片层状CuO粒子及其兼有的多孔隙特征促进了光的多重散射/反射效应,同时CuO/TiO_(2)复合材料具有的典型p-n异质结构(能级带隙匹配)大幅促进了光生电荷载流子(e^(-)/h^(+))的分离与转移.选用戊二醛(GA)作为交联手臂分子,通过温和的醛胺反应将壳聚糖(CS)和anti-AFP抗体组装于CuO/TiO_(2)/ITO电极表面,再用牛血清蛋白(BSA)封闭活性位点,构建出PEC传感平台(BSA/anti-AFP/GA-CS/CuO/TiO_(2)/ITO),实现了对不同浓度甲胎蛋白(AFP)的高灵敏检测(检出限达到2.63×10^(-4) ng/mL).制备的传感电极同时展示出良好的稳定性和选择性.

纳米ZnO/TiO_(2)对玄武岩纤维改性沥青性能影响

为提升沥青结合料的路用性能,采用玄武岩纤维、纳米ZnO和纳米TiO_(2)复配复合改性沥青。通过三大指标、布氏旋转黏度和温度扫描试验对复合改性沥青基础性能及流变性能进行研究,采用薄膜烘箱老化试验(TFOT)和压力容器老化试验(PAV)模拟沥青不同老化状态,分析复合改性沥青抗老化性能。结果表明,随着纳米ZnO和纳米TiO_(2)掺量增加,改性沥青针入度、软化点及黏度均增大,其高温性能得到改善;复合改性沥青的车辙因子G^(*)/sinδ和疲劳因子G^(*)•sinδ均有明显提高,其抗车辙性能提升,抗疲劳性能下降;对比不同老化状态下沥青的复数模量、疲劳因子-温度关系曲线,其抗老化性能随纳米复合改性剂掺量的增加而提高;通过综合比选,推荐纳米复合改性剂最佳掺量为4%。

磷酸对TiO_2纳米粒子光催化剂的改性

通过浸渍过程实现了磷酸对溶胶水热法合成的锐钛矿相TiO2纳米粒子的改性。重点研究了磷酸修饰对纳米锐钛矿相TiO2的热稳定性及光催化活性的影响。结果表明,磷酸修饰显著地提高了纳米锐钛矿相TiO2热稳定性,甚至经过800℃热处理后仍然具有以锐钛矿相为主的相组成。在光催化降解罗丹明B(RhB)过程中经过700℃热处理的磷酸修饰的样品表现出了优于商品P25-TiO2的活性。

纳米TiO_(2)光催化降解室内挥发性有机物的研究进展

随着人们生活水平的提高,室内空气质量越来越受到关注。挥发性有机物(VOCs)是影响室内空气质量的有害气体。因此,对于室内VOCs的有效去除已经成为空气治理中的研究热点。TiO_(2)光催化剂具有光转换和无二次污染等特点被广泛应用于治理VOCs领域中。然而其在可见光范围内的响应较弱和光生电荷载流子的分离效率低等问题,限制了其光催化降解效果。对TiO_(2)进行改性处理是当下改善其光催化作用的必要手段。简单介绍了TiO_(2)光催化的基本原理,基于光催化原理概述影响TiO_(2)光催化性能的因素,对近年TiO_(2)的改性设计研究进行归纳总结,同时表明了TiO_(2)降解室内VOCs具有广阔的应用前景。

TiO_(2)纳米粒子增强超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯复合材料的性能

利用硅烷偶联剂KH570对TiO_(2)纳米粒子进行表面改性,然后制备塑化超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)/TiO_(2)复合材料,最后通过密炼-模压法制备不同含量和粒子尺寸的TiO_(2)纳米粒子增强PE-UHMW/高密度聚乙烯(PE-HD)复合材料。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、差示热扫描量热仪、万能试验机、流变仪表征测试复合材料的微观结构、结晶、力学及流变性能。结果表明,低含量的Ti O2纳米粒子(质量分数0.1%)能在聚合物基体中分散良好,使复合材料的力学性能、结晶度及流动性均有显著提升;随粒子尺寸增加,材料强度和刚度降低,断裂伸长率和熔体剪切黏度先增加后降低。然而,高含量粒子分散困难、易形成大的聚集体,导致复合材料性能下降。当TiO_(2)纳米粒子尺寸为5~10 nm、质量分数为0.1%时,复合材料展现出优异的力学性能和加工性能,拉伸强度和拉伸屈服强度分别高达58.21 MPa和44.53 MPa,且熔体剪切黏度下降19.7%。

表面改性纳米TiO_2粒子杂化PI薄膜的制备与性能研究

采用硅烷偶联剂(γ-巯丙基三乙氧基硅烷)对纳米TiO2粒子进行表面处理,通过原位聚合和流延成膜法制备了不同TiO2含量的PI/TiO2杂化膜,研究了杂化膜的热性能、力学性能,并通过扫描电镜(SEM)和广角X衍射(WAXD)研究了杂化膜的微观形貌结构,同时也对杂化膜的接触角和介电常数(ε)进行了研究分析。结果表明,杂化膜较纯膜的热分解温度(T5%)降低,但平均热分解温度仍然高于520℃,且膜的尺寸稳定性得到了提高,即热膨胀系数(CTE)降低;表面形貌分析表明,1%～5%的表面改性纳米TiO2能较好地分散在PI膜里,杂化膜的介电常数(3.50左右)均高于纯膜的的介电常数(2.91),杂化膜的接触角随着TiO2含量的增加呈现先减少后增加的趋势。

TiO_2纳米粒子改性有机醇酸涂料性能研究

利用金红石型TiO2 纳米粒子改性醇酸涂料提高醇酸涂料的各种性能 .结合物理和化学分散 ,并选取合适的分散剂 ,解决了TiO2 纳米粒子在醇酸涂料中的分散问题 ;性能测试结果表明 ,与普通钛白粉醇酸涂层相比 ,TiO2 纳米粒子改性醇酸涂层具有很强的抗紫外线性。

PEG/GO/TiO_(2)纳米复合材料改性PVDF膜的制备及其抗污性能

为改善聚偏氟乙烯(PVDF)膜的抗污性能,以聚乙二醇2000接枝的GO/TiO_(2)(PEG/GO/TiO_(2))纳米复合材料为添加剂,通过非溶剂诱导沉淀相分离法制备了一系列PEG/GO/TiO_(2)/PVDF复合超滤膜。采用FTIR、SEM和接触角测试仪对其结构和形貌进行了表征,采用超滤法评价其纯水通量和抗污性能。结果表明,当PEG/GO/TiO_(2)纳米复合材料质量分数为0.60%时,制备的PEG/GO/TiO_(2)/PVDF复合超滤膜(记为0.60%PEG/GO/TiO_(2)/PVDF)表现出最佳的亲水性和抗污性能,其接触角比PVDF膜下降8.2°,总孔隙率增加13.40%,PEG/GO/TiO_(2)纳米复合材料在PVDF膜中分散较均匀。在0.08 MPa的工作压力下,0.60%PEG/GO/TiO_(2)/PVDF的纯水通量高达282.44 L/(m^(2)·h),对腐植酸溶液的过滤通量为131.96 L/(m^(2)·h),水力清洗后的纯水通量为194.98 L/(m^(2)·h),分别为PVDF膜[133.80 L/(m^(2)·h)、90.50 L/(m^(2)·h)、109.57 L/(m^(2)·h)]的2.1倍、1.5倍和1.8倍。因此,PEG/GO/TiO_(2)纳米复合材料作为一种有效添加剂显著提高了PVDF膜的抗污性能。

贵金属负载型TiO_(2)光催化法处理含酚工业废水研究

以钛酸丁酯作为前驱体,采用溶胶凝胶法制备了纯TiO_(2),通过溶液静置法制备了不同质量分数的Ag/TiO_(2),通过XRD和TEM表征了催化剂物相结构和形貌特征。以苯酚为模拟污染物,研究了Ag负载量、光照强度、苯酚起始浓度以及催化剂重复使用性能。实验结果表明,Ag负载量为2%、光照强度为400W、废水样品中苯酚浓度小于400mg·L^(-1)时的催化降解效果最好,且催化剂在8次循环使用后催化活性仍保持较高水平。TEM和XRD表征分析发现,成功合成了TiO_(2)催化剂,Ag纳米粒子均匀分散在TiO_(2)表面。

TiO_(2)粒径对TiO_(2)/聚脲超疏水涂层机械稳定性和防覆冰性能的影响研究

目的研究改性TiO_(2)粒径对TiO_(2)/聚脲超疏水涂层机械稳定性和防覆冰性能的影响,解决低温环境下风机叶片结冰问题。方法采用有机无机粒子共混,以改性纳米TiO_(2)和聚天门冬氨酸酯聚脲(PAE聚脲)为材料,利用一步法构建TiO_(2)/PAE聚脲超疏水涂层。开展耐酸碱性、耐磨性、静态防覆冰、动态防覆冰、覆冰黏结强度等实验研究,并应用在真实风电场。结果超疏水涂层的机械稳定性、防覆冰性能随着粒径增大而逐渐变差。当TiO_(2)粉末粒径为100 nm时,接触角为(162.4±2.1)°,滚动角为(3.8±0.7)°;经过250次磨损,接触角为(158.8±0.31)°,滚动角为(7.3±0.1)°;经过14 d的酸碱耐候性实验,超疏水涂层仍具有超疏水性,酸性和碱性溶液皆会导致涂层受损,碱性溶液对涂层腐蚀作用更强;机械稳定性较强、防覆冰性能较优。涂有超疏水涂层的风机在冻雨天平均比空白风机平均多运行255 min,对一台2 MW机组来讲,相当于多产生8500 kW·h的电能。结论制备的超疏水涂层具备优良的机械稳定性与防覆冰性能,推动了超疏水涂层在风机叶片被动防覆冰领域的应用。

TiO_(2)/有机硅溶胶改性含氟苯丙乳液的制备及性能表征

为改善含氟苯丙乳液的疏水性、热稳定性及力学性能,以钛酸丁酯(TBT)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)为原料,通过溶胶-凝胶法制备出TiO_(2)/有机硅溶胶(TS),并将其与丙烯酸丁酯(BA)、苯乙烯(ST)、甲基丙烯酸十二氟庚酯(G04)及其他丙烯酸类功能单体作为主要原料,通过半连续加料法及种子乳液聚合,制备出一种TiO_(2)/有机硅溶胶改性的含氟苯丙乳液(TS-BHSAG)。探讨了不同TS含量对乳液转化率的影响,利用FTIR、纳米粒度仪、稳定性分析仪、XPS、XRD、SEM、AFM、TGA表征研究了乳液及乳胶膜的结构组成及应用性能。结果表明,当TS含量逐渐增加时,乳液转化率及稳定性呈持续下降趋势;随着TS含量增加,乳液平均粒径从55.58 nm增至106.16 nm;FTIR及XPS结果显示,TS-BHSAG乳胶膜中形成了Si-O-Si、Si-O-Ti、CF2键,证实TS被初步合成,且其与G04一起被引入聚合物中;XRD结果表明,TS是以无定形相分散于丙烯酸树脂基体中;通过SEM与AFM观察到,TS纳米粒子在乳胶膜表面构成峰状粗糙结构,增强了乳液的疏水性能;TGA结果表明,在热失重为10%及50%时,TS-BHSAG的热分解温度分别为380.59℃、415.39℃,在600℃时,乳胶膜的残余质量分数从4.78%增加到8.56%;当TS添加量为3%时,TS-BHSAG乳胶膜的接触角为121°,附着力为1级,耐冲击性能为50 cm,硬度为2H,吸水率为6.1%。

纳米级TiO_2粒子改性及其填充聚丙烯的研究

分别用油酸钠、氯化聚丙烯及甲基丙烯酸甲酯对纳米级TiO_2粒子进行表面处理或表面接枝改性。通过熔融共混工艺制备了PP/纳米TiO_2复合材料,并进行了力学测试和结构表征。结果表明,经过表面处理的纳米TiO_2粒子可以较均匀地分散在聚丙烯中,粒子与基体界面结合良好,填充聚丙烯形成的复合材料的拉伸强度、冲击强度都有所提高。