活性炭吸附-光催化氧化深度净水工艺实验研究

以光催化氧化作为活性炭吸附的后续工艺深度处理自来水,可解决活性炭吸附工艺出水通常存在的亚硝酸盐、余氯与细菌总数超标等问题,并能去除部分易穿透炭层的极性短链有机污染物,使出水达到《饮用净水水质标准》(CJ94-1999)。与目前常用的活性炭-反渗透组合工艺相比,该工艺具有可保留水中有益的矿物成分的特点,具有良好的应用前景。

层状锌铝双金属氧化物的制备及其吸附-光催化性能

采用前驱体煅烧法制备具有吸附-光催化双功能的层状锌铝双金属氧化物(LDOs)。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见漫反射光谱(UV⁃Vis DRS)、扫描电子显微镜(SEM)等表征探究了双金属比例、煅烧温度对其吸附-光催化降解四环素(TC)性能的影响。结果表明,当Zn、Al物质的量之比为2∶1,煅烧温度为400℃时,可形成具有优异吸附-光催化活性的Zn_(2)Al_(1)@LDO_(400)。吸附实验表明,Zn_(2)Al_(1)@LDO_(400)对TC是化学吸附限制的非均相单分子层吸附,且高温利于吸附。利用自由基猝灭实验结合电子顺磁共振(EPR)测试证实光生空穴(h^(+))、羟基自由基(·OH)、超氧自由基(·O_(2)^(-))作为活性物种参与TC的协同降解。

碘氧化铋/活性炭复合材料吸附/光催化协同去除甲苯的研究

挥发性有机物(VOCs)对生态环境和人类健康有着重大影响,是影响环境空气质量的重要污染物.采用简单浸渍法制备了碘氧化铋/活性炭(BiOI/AC)复合材料,利用SEM、XRD、BET、XPS和UV-vis-DRS等技术研究复合材料的结构,并通过吸附/光催化化协同技术去除典型挥发性有机物甲苯.结果表明,当BiOI含量为4%,气体流量为100 mL·min^(−1),甲苯质量浓度为1600 mg·m^(−3)时,所制材料在160 min对甲苯的动态吸附去除率只有20.7%,而对其吸附/光催化协同的去除率达到92.95%.在相同的实验条件下,2%BiOI/AC复合材料吸附/光催化协同去除甲苯的最低去除率可达95.46%.更为重要的是,通过光催化技术可实现了吸附位点再生,提高了复合材料的重复利用性,降低成本.

TCN-TiO_(2)/Zn(CH_(3)COO)_(2)-ACF复合材料吸附耦合光催化降解烷烃类VOCs性能研究

采用Zn(CH_(3)COO)_(2)通过超声-真空浸渍法对活性炭纤维(ACF)进行改性,通过水热横向热剥离法制备了管状氮化碳(TCN),并将其与TiO_(2)复合并负载于改性ACF上制备成TCN-TiO_(2)/Zn(CH_(3)COO)_(2)-ACF复合材料。应用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、N_(2)吸附-脱附、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱、紫外-可见分光光谱、光致发光光谱、光电流响应曲线对复合材料进行表征,并对复合材料催化正己烷降解的机理与降解率进行了研究。结果表明:光照条件下,TCN质量分数为4%的复合材料对正己烷的降解效果最好,其最佳的制备条件为负载2次、450℃下煅烧。采用此条件所制复合光催化剂,在体积空速为1000 h-1的条件下,质量浓度为200 mg/m^(3)的正己烷气体降解率可达到87.9%。采用Zn(CH_(3)COO)_(2)对ACF进行改性,使ACF吸附能力得到增强;TCN与TiO_(2)复合形成异质结,降低了电子-空穴复合率,从而提高复合光催化剂的吸附耦合光催化效率。

辐射接枝制备聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯-TiO_(2)光催化剂及其对Cr(Ⅵ)的吸附还原性能

以二氧化钛(TiO_(2))为基材,甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)为单体,采用共辐射接枝法成功合成了聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯-TiO_(2)(TiO_(2)-g-PDMAEMA)吸附-光催化剂。同时探究了单体浓度和吸收剂量对重金属离子吸附作用的影响。利用扫描电镜、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱分析仪、热重分析仪、X射线光电子能谱、接触角等表征手段,证实了电子束共辐射接枝法成功将DMAEMA单体接枝到TiO_(2)表面。在吸收剂量为60 kGy、单体浓度为20%时,TiO_(2)-g-PDMAEMA对10 mg/L Cr(Ⅵ)具有较佳的吸附能力,吸附容量可达10.75 mg/g。在可见光诱导下,吸收剂量为60 kGy、单体浓度为10%时,制备的TiO_(2)-g-PDMAEMA具有最佳的吸附-光催化还原能力,对10 mg/L Cr(Ⅵ)的去除率达85.56%。该新型光催化剂上的吸附-光催化协同效应可以满足去除水中Cr(Ⅵ)污染的要求。

Fenton氧化-活性炭吸附协同深度处理抗生素制药废水研究

采用Fenton氧化-活性炭吸附协同处理工艺对抗生素制药废水二级生化出水进行了研究。探讨了温度、pH值、H2O2投加量、Fe2+投加量、反应时间,活性炭投加量及投加方式对COD去除率的影响。结果表明:在温度为30℃,pH值为5,H2O2(30%)投加量为300mg/L,FeSO4·7H2O投加量为80mg/L,反应时间为120min,活性炭投加量为50mg/L且与Fenton试剂同时加入时,COD去除率可达68.5%,处理出水达到了国家一级排放标准。

吸附-光催化氧化净化甲醛废气的试验研究

以活性炭纤维为吸附剂,将过渡金属离子掺杂修饰技术制备了高活性TiO2光催化剂,在紫外光照射下对低浓度的甲醛进行吸附 光催化氧化试验研究,分析了催化剂的用量、光照时间、浓度等因素对光催化效果的影响和ACF(活性炭纤维)重复使用的情况。

TiO_2/活性炭负载型光催化剂的溶胶-凝胶法合成及表征

以钛酸四丁酯为钛源,采用溶胶-凝胶法在多孔活性炭(AC)表面合成TiO2前驱体,在氮气保护下程序升温处理制得TiO2/AC负载型光催化剂.采用X射线衍射、漫反射光谱、傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、能量色散谱和低温液氮吸附等对光催化剂晶相结构、光谱特征及表面结构进行了表征.结果表明,AC可提高TiO2分散性能,降低TiO2团聚体的尺寸,并抑制其由锐钛矿相向金红石相的转变.TiO2与AC接触界面处有Ti-O-C键生成.另外,AC的含量对TiO2的能阈结构和晶粒大小影响不大.苯酚溶液的光催化降解测试结果表明,AC负载可为TiO2提供高浓度反应环境,适宜量的负载可显著提高TiO2对有机稀溶液的光催化降解活性.对于50mg/L苯酚的光催化降解,AC的质量分数分别为5%,9%和11%时催化剂协同系数分别为1.1,1.5和1.3.循环使用7次后,AC含量为9%的催化剂对苯酚的降解率仍达95.84%.

活性炭与光催化联用降解水中邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯的研究

研究了臭氧活性炭与光催化联用降解饮用水中邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯(DEHP)。当使用臭氧浓度为2.0mg/L、活性炭负载TiO_2催化剂浓度为0.02g/g、pH值10.0时,对DEHP含量为12.04mg/L的饮用水光催化降解6h,DEHP的去除率可达99.5%。研究结果表明,臭氧活性炭与光催化联用可有效去除水中邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯。

二氧化钛/活性炭复合材料的制备及光催化降解性能

研究对比三种锐钛矿二氧化钛溶胶的常温制备方法,选用溶胶凝胶法以四氯化钛和氨水为原料制得二氧化钛溶胶,浸渍处理表面经过氧化处理的活性炭。利用X射线衍射表征合成二氧化钛的晶相,扫描电镜观测了活性炭负载二氧化钛前后表面形貌变化,利用红外光谱(FT-IR)进行了结构表征,进行了对甲基橙的光催化降解实验。研究结果表明,氧化处理后活性炭表面形貌和光学活性发生了显著变化,氧化处理后活性炭表面负载二氧化钛膜变得较完整。复合材料与无负载、简单氧化处理的活性炭相比,显示了更高的对甲基橙的光降解能力。

活性炭-二氧化硅双功能吸附材料对姜黄素的吸附

以桉木屑为原料,通过四氯化硅、石灰及水浸渍,在马弗炉中炭化及500～650℃活化,制得一种新型双功能活性炭-二氧化硅多孔复合吸附材料,扫描电镜分析表明,其主要孔径分布为2.6～4.3 nm,比表面积为357 m2/g.为了测试新材料用于极性物质姜黄素固载的可行性,通过光谱法及正交试验分析对比研究了市售活性炭及新材料对姜黄素吸附效果的影响,考察了吸附剂用量、吸附时间、吸附温度对吸附效果的影响.结果表明：实验室自制新型吸附材具有良好的脱色吸附效果.在吸附时间达到7 min时、吸附温度40℃、活性炭-二氧化硅与姜黄素的质量比为1 000∶1.5时,姜黄素溶液脱色率为94.82％.吸附材料不仅通过发达的微孔进行物理吸附,二氧化硅表面羟基可能也会通过氢键形成增加吸附量.

氧化-热活化氮掺杂改性活性炭吸附金-硫代硫酸根络离子

硫代硫酸盐法是最有可能取代氰化法的浸金方法,但活性炭不能有效吸附Au(S_(2)O_(3))^(2-)_(2),使得硫代硫酸盐浸金法难以得到工业应用。为提高活性炭对Au(S_(2)O_(3))^(2-)_(2)的吸附效果,采用氧化-热活化氮掺杂法对活性炭改性,H_(2)O_(2)为氧化剂,三聚氰胺与氨水为氮源,热活化制备出不同的氮掺杂活性炭。采用Boehm滴定法和X射线光电子能谱(XPS)分析了活性炭表面含氧酸官能团含量、元素含量及官能团种类。结果表明,氧化活性炭过程中,在H_(2)O_(2)的浓度为4 mol/L,温度为55℃下改性1 h,活性炭表面酸性官能团含量为0.70574 mmol/g。在热活化氮掺杂过程中,三聚氰胺的掺杂效果高于氨水,三聚氰胺用量为0.016 mol/L,室温掺杂4 h,且在900℃下热活化2 h所得的活性炭对Au(S_(2)O_(3))^(2-)_(2)的最大吸附量为547.12μg/g,热活化氮掺杂活性炭表面负载吡咯氮显著提升了其对Au(S_(2)O_(3))^(2-)_(2)的负载量。

超临界乙醇流体制取活性炭-TiO_2光催化剂复合材料的研究

研究表明 :在超临界乙醇流体介质下钛酸异丙酯能有效地分解成具光催化活性的锐钛矿型TiO2 粒子 ,同时产生的TiO2 粒子可与活性炭融合成一体 ,形成的活性炭 TiO2 光催化剂复合材料具很好的光催化活性与吸附作用 ,而且具有的协同效应优于活性炭与TiO2

ClO_2氧化-活性炭吸附法处理染色废水的试验研究

用ClO2 氧化与活性炭吸附相结合的方法处理染色废水 ,与单独用ClO2 氧化或活性炭吸附处理相比 ,CODCr去除率和脱色率均有较大提高。

TiO_(2)/AC在吸附-LED紫外光催化耦合反应装置中降解水中的不同有机污染物

探究了溶胶凝胶法制备的二氧化钛/活性炭(TiO_(2)/AC)复合催化剂在吸附-LED紫外光催化耦合反应装置中对水中不同有机污染物及CODMn的去除性能。表征了催化剂的物理化学性质,重点分析了水力停留时间、紫外光源强度及污染物结构对去除效率的影响。实验结果表明:在水力停留时间为1 h,LED紫外光功率为1.44 W下,TiO_(2)/AC的吸附—光催化性能较好,其对亚甲基蓝(MB)、亚甲基橙(MO)、苯甲酸(BA)、三氯甲烷及实际微污染废水中CODMn的去除率可分别达到97%、75%、90%、100%及84.3%,效果稳定。连续反应30天后,TiO_(2)/AC光催化剂的活性组分仅损失1.9%,且金属离子溶出极少,表明TiO_(2)/AC耦合吸附—LED紫外光催化可有效去除废水中的有机污染物,有望在工程领域推广使用。

氧化-负离子化活性炭吸附锌离子

研究了未处理炭和氧化-负离子炭对锌离子的吸附,发现未处理炭对锌离子的吸附符合Langmuir吸附等温线。无论处理炭还是未处理炭其吸附量均受溶液pH值的影响,氧化-负离子化炭对锌离子的吸附要好于未处理炭。

新型活性炭-二氧化硅复合改性材料对铜离子的吸附

用实验室四氯化硅脱水半碳化桉木屑为原料,以高锰酸钾及未加高锰酸钾进一步活化获得改性活性炭二氧化硅。对铜溶液进行对比吸附实验,用未改性的进行对比实验,用原子吸收分光光度计测定滤液的吸光度,并计算其吸附率。实验结果表明:在振荡频率为110 r/min,振荡时间为20 min的条件下,都表现出较好的吸附效果,有高锰酸钾参与改性,效果更佳。0.2 g左右即能达到90%以上的吸附率。

活性炭负载TiO_2光催化降解微囊藻毒素-LR

以活性炭为载体,采用溶胶凝胶法制备了负载型的催化剂(TiO2/GAC)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等方法对催化剂进行了表征。通过有无紫外光降解和有无活性炭条件下的微囊藻毒素-LR(MCLR)降解试验,得出在紫外光照下,MCLR不会自身降解,且紫外光照对活性炭吸附性能无明显影响。此外,研究了不同负载次数的催化剂对MCLR的吸附和光催化氧化降解影响。结果表明,负载一次的光催化剂吸附和光降解效率均最佳,对于初始浓度为100.00μg/L的MCLR溶液,保持催化剂浓度为3 g/L,负载一次的催化剂反应15 min后,94%的MCLR可被降解,20 min后可完全降解。其去除机制主要是被吸附在活性炭上的MCLR向TiO2表面连续迁移与TiO表面光催化降解,连续的迁移与TiO表面光催化氧化使得MCLR得以高效的去除。

负载型活性炭/TiO_2光催化降解苯酚的研究

在温和条件下(75℃和常压),通过在酸性水溶液中水解钛酸四丁酯并回流提高其结晶度,制备了锐钛矿型的TiO2.将此TiO2负载于粉末活性炭上,并用之来降解模拟废水苯酚.实验结果表明,该负载型催化剂的光催化效果要优于纯TiO2以及P25TiO2加活性炭的混合体系.0.58g负载型催化剂降解0.4L浓度为100mg·L-1的苯酚溶液,经18W紫外灯光照6h后溶液中的苯酚去除率达到98%.同时,载体活性炭上吸附的苯酚量也随着光照时间逐渐减少,6h后残留的量仅为初始值的3.5%.

活性炭表面官能团的氧化改性及其吸附机理的研究

综述了活性炭表面主要的含氧官能团(surface oxygen groups),及表面官能团氧化改性的主要方法。并用Boehm滴定法和FT-IR对活性炭表面含氧官能团进行定量和定性分析。分析了表面含氧官能团对有机物和重金属离子的吸附机理的影响。并对其未来研究前景与方向进行了展望。特别强调了对活性炭作为环境纳米材料(物质)的载体在光催化中开展研究的重要性。