基于非金属中空球臭氧催化氧化协同光催化系统处理新污染物实验设计

为强化学生对新污染物处理以及以废制废的环保意识,在双碳背景下,提出臭氧催化氧化协同光催化(COP)技术强化对新污染物的降解。以非金属原料氮化碳纳米管、改进的水热浒苔生物炭和改性硅藻土制备催化剂,得到生物炭基非金属中空多孔球负载CN(HSC-CN)材料,构建了非金属臭氧催化氧化协同光催化系统(HSC-CN/COP),基于臭氧催化氧化协同光催化的耦合效应,提高污染物降解效率。20min内对新污染物四环素(TC)和对硝基苯酚(PNP)的降解率分别可达90.1%和84.3%。对二级出水的良好处理效果也证明了其作为深度处理工艺的潜力。该实验旨在:促进学生对水处理工艺及新污染物的了解,培养学生以废治废、创新传统工艺的意识,加深学生对水处理专业知识的理解,提高学生解决复杂工程问题的能力。

Ag_(3)PO_(4)光催化-臭氧催化氧化协同降解苯酚

以Ag_(3)PO_(4)为光催化剂并通入臭氧构建了光催化-催化臭氧氧化协同体系,大幅度提高了对苯酚的降解效率。协同处理6 min后可将30 mg/L的苯酚溶液完全降解,在达到相同降解效率时,与单一氧化技术相比时间缩短了3倍。协同体系降解性能的提升源于臭氧的亲电特性,不仅加速了光生电荷的迁移,提升了光催化降解活性;同时还有效提高了臭氧利用效率,催化分解臭氧能产生更多的羟基自由基(·OH),协同促进了苯酚的降解矿化性能。进一步通过猝灭实验验证了·OH是协同降解体系的主要活性物种,考察了臭氧浓度、催化剂投加量、苯酚浓度和酸碱性对降解效率的影响,探讨了光催化-臭氧催化氧化协同降解苯酚的降解机理。

TiO_(2)/ZnO/SnO_(2)的制备及光臭氧协同催化深度处理制革废水

采用溶剂热法制备了复合金属氧化物催化剂(TiO_(2)/ZnO/SnO_(2)),以生化制革废水为处理对象,废水COD为110~140 mg/L,对催化剂光催化臭氧氧化性能进行了探。考察了催化剂种类、反应时间、催化剂用量、臭氧浓度等因素对生化制革废水COD去除率的影响。XPS、XRD、UV-Vis DRS、SEM、TEM及FT-IR等结果证明,实现了复合金属氧化物催化剂的制备。光催化臭氧氧化实验结果表明,与单独光催化和臭氧催化氧化相比,光催化臭氧氧化能明显提高生化制革废水的COD去除率。当催化剂用量为0.8 g/L,臭氧浓度20 mg/L,复合催化剂光催化臭氧氧化效果最佳,反应150 min后,COD去除率达到83.7%。重复实验结果表明TiO_(2)/ZnO/SnO_(2)稳定性较好。本研究利用光催化和臭氧催化氧化协同作用深度处理制革废水,效率较高、无二次污染,可为工业污水深度处理提供参考。

光/氧化还原酶协同催化的不对称合成研究进展

氧化还原酶是一类重要的酶,它可以将氧化还原反应进行转换。含有黄素和烟酰胺的酶如酮还原酶、烯烃还原酶等氧化还原酶可以在光能的激发下产生自由基中间体,从而引发进一步的转化反应,还能引发酶的非天然反应活性,获得新酶催化功能。这种光/氧化还原酶协同催化比单一的光催化和酶催化更能实现具有挑战性的反应。光/酶协同催化研究虽然处于发展的初期,但是在可见光与烯烃还原酶催化解锁酶的非天然反应研究领域展现出了广阔的应用前景。本文围绕光/氧化还原酶协同催化的不对称合成应用,重点介绍了其在烯烃异构化/不对称还原反应、α-乙酰氧基苯并环己酮的不对称还原反应、烯烃/酮/烯酰胺的不对称还原反应、β-烷基取代的环己酮原位消旋化/不对称还原反应和分子内/分子间的不对称氧化还原偶联反应方面的相关研究进展。

聚合物半导体光催化合成过氧化氢:光氧化还原中心的空间分离和协同利用

以地表丰富的水和/或氧气为原料,以太阳能为能量来源的光催化合成过氧化氢是面向碳中和的一个颇具吸引力的路径。近年来,以能带、活性位点、组成等可调的聚合物半导体为光催化剂,开展光合成过氧化氢的研究进入了新的高峰期。当前,该研究主要面临两大关键挑战:1)由于材料性质固有的限制,光氧化还原中心通常难以分离,导致光生电荷复合严重,使得光催化合成过氧化氢的活性较差;2)氧化还原中心的利用率低,多数情况下,只有氧化端或还原端参与过氧化氢的合成,另一侧则与牺牲剂反应消耗。对此,本文聚焦光氧化还原中心的空间分离和协同利用来阐述聚合物半导体光催化合成过氧化氢的最新进展。光氧化还原中心空间分离的关键是在聚合物中设计电子给体和供体单元,例如在聚合物框架中引入原子级金属,构建金属-有机给吸电子体系,或构建全有机给吸电子体系。根据氧化还原中心的光催化行为,协同利用主要分为以下三种模型:1)氧还原耦合有机分子氧化;2)水氧化耦合有机分子还原,3)氧还原耦合水氧化。在此基础上,本文详细探讨了针对上述两个关键挑战的调控模式、特性、催化机制和反应途径。最后,我们阐述了光催化合成过氧化氢的潜在应用,并展望了光催化合成过氧化氢中理性设计氧化还原中心协同利用模式的机遇和挑战。

基于C-TiO_(2)@Fe_(3)O_(4)/AC的光催化耦合臭氧氧化技术对水体中苯胺的降解

苯胺是一种典型的有毒污染物,在工业废水中较为常见,而常规处理技术对其处置效果不佳。光催化耦合臭氧高级氧化技术因为高效快速,具有广泛的应用前景,可以作为有毒有机污染物的处置手段之一。通过制备了一种C改性TiO_(2)负载磁性活性炭(C-TiO_(2)@Fe_(3)O_(4)/AC)催化剂,考察了其光催化耦合臭氧氧化处理苯胺的效果。研究结果表明,运行30min后即可达到95%以上的降解效率,苯胺去除率和反应效率均高于普通的C-TiO_(2)和Fe_(3)O_(4)/AC催化剂。

臭氧光催化氧化工艺处理DDNP废水的试验研究

试验采用3种臭氧光催化氧化工艺处理二硝基重氮酚(DDNP)废水,即紫外线(UV)/O_(3)、UV/O_(3)/H_(2)O_(2)、UV/O_(3)/Fe(Ⅲ)。结果表明,UV/O_(3)/H_(2)O_(2)工艺中,随着H_(2)O_(2)的加入,H_(2)O_(2)与硝基酚类化合物的比值为3:1时,氧化反应1 h,出水色度、总有机碳(TOC)均达到相关排放标准;UV/O_(3)/Fe(Ⅲ)工艺中,随着Fe(Ⅲ)的加入,Fe(Ⅲ)与硝基酚类化合物比值为0.1∶1.0时,氧化反应1 h,出水色度、TOC、硝基酚类化合物均达到相关排放标准,工艺处理效率高达58%。

低温等离子体组合光催化氧化降解气相甲苯的协同效应:臭氧的作用（英文）

挥发性有机物(VOCs)是导致大气污染的重要成因,它不仅会直接威胁到人体健康和生态环境,而且是PM2.5,臭氧和光化学烟雾的重要前驱体.近年来,低温等离子体(NTP)技术与光催化氧化(PCO)技术等被视作降解VOCs的有效技术而得到广泛关注.NTP技术的停留时间短,能耗低,对于VOCs的降解具有较高的效率,但是其矿化率较低,而且会产生臭氧等副产物.PCO技术能够通过羟基自由基将VOCs完全氧化为CO_2和H_2O,但是受限于低量子效率,电子空穴对的快速复合以及光催化剂的失活.因此,将NTP与PCO相结合是提升VOCs的去除率和矿化率,降低副产物产量的有效策略.本文以甲苯为VOCs的典型物,TiO_2为光催化剂,采用NTP与PCO的组合工艺降解气相甲苯.为了探索NTP与PCO之间的协同效应,我们对单一工艺(O_3,UV,NTP,PCO)与组合工艺(O_3+TiO_2,O_3+UV,NTP+UV,O_3+PCO,NTP+PCO)在甲苯去除率、CO与CO_2选择性、臭氧利用率以及副产物的产生等方面的性能进行了深入考察.结果表明,NTP与PCO组合工艺的甲苯去除率为80.2%,远高于单一工艺中NTP的18.8%和PCO的13.4%,同时也明显高于其他组合工艺.此外,NTP与PCO组合工艺的CO_2选择性,矿化率和臭氧利用率也是所有工艺中最优的.傅里叶透射红外光谱和气相色谱-质谱联用结果表明,气相中副产物的产量显著减少;X射线光电子能谱和程序升温脱附-质谱联用的结果表明,吸附于催化剂表面的碳基中间产物的含量也显著下降.结果证明了NTP与PCO两者存在着协同效应,且只有在臭氧,紫外光源和光催化剂三者均存在的情况下才能表现出上述的优异性能.综上,NTP与PCO组合工艺中所展现的协同效应主要归功于NTP中产生的臭氧在PCO中获得有效利用.在这个过程中,臭氧最重要的作用是充当了电子接收剂和牺牲剂,因而能够产生更多的羟基自由基并降低电子-空穴对的复合,从而提升甲苯去除率、CO_2选择性、矿化率和臭氧利用率,并且降低副产物的含量.

超声波、臭氧协同复合氧化物体系光催化甲基橙的研究

[目的]为超声波、臭氧、光催化协同作用治理环境污染以及复合氧化物体系光催化剂的大规模工业应用提供理论依据。[方法]采用超声法在450℃煅烧合成Ag-Bi2WO6-TiO2复合氧化物体系光催化剂,并研究了在一定条件下超声波、臭氧、Ag-Bi2WO6-TiO2光催化等高级氧化技术的不同组合方法对甲基橙的降解效果。[结果]对于10mg/L甲基橙溶液,反应时间为120min时,超声波、臭氧、可见光和紫外光光催化单独降解率分别为13.45%、40.80%、24.60%和30.50%。超声波与可见光和紫外光光催化组合对甲基橙的降解有一定的协同作用,120min时降解率分别为47.70%、59.00%。同时,臭氧与可见光和紫外光光催化组合对甲基橙的降解也有明显的协同作用,120min时降解率分别为68.80%、82.10%。[结论]超声波、臭氧、可见光和紫外光光催化组合降解甲基橙效果明显。

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。

光催化协同臭氧氧化降解亚甲基蓝溶液实验

利用光催化协同臭氧氧化撞击流反应技术研究模拟废水的亚甲基蓝溶液降解效果,主要分析反应时间和废水初始浓度两种因素对处理效果的影响,结果发现反应时间越长、初始浓度越低时,降解率越高。针对单一光催化实验,还考察了催化剂用量、光照度等因素对降解率的影响;针对单一臭氧氧化实验,还考察了臭氧浓度的影响。结果表明:协同实验比单一实验效果好,需要的反应时间更短,对初始浓度更敏感。在超紫外光催化氧化反应器中装入150 g催化剂TiO_2微珠,在臭氧撞击流反应器中采用60 mg/min的臭氧质量浓度,对10 L浓度为1×10~(-5) mol/L的亚甲基蓝(MB)溶液进行催化氧化反应10 min,亚甲基蓝降解率达到99.2%,反应效果最佳。

TiO_2薄膜光催化臭氧化邻苯二酚

研究了用碳黑改性的TiO2 薄膜催化剂光催化氧化邻苯二酚的反应 .结果表明 ,臭氧投加量对邻苯二酚的降解和总有机碳 (TOC)的去除有重要影响 ,与光催化氧化 (TiO2 UV O2 )、单独臭氧化 (O3)和光助臭氧化 (UV O3)过程相比 ,邻苯二酚光催化臭氧化 (TiO2 UV O3)过程能明显增大TOC的去除率 .动力学研究表明 ,邻苯二酚完全氧化过程遵循零级反应 ,TOC的降解仅取决于臭氧或氧气的浓度而与邻苯二酚的浓度无关 ;邻苯二酚在TiO2 UV O3作用下完全氧化的速率常数是UV O3作用下的 1 3 2～ 1 80倍 (在相同的臭氧浓度下 ) ,是TiO2 UV O2 作用下最大速率常数的 2 5 6～ 5 3 6倍 ,是UV O2 作用下最大速率常数的 5 47～ 11

光催化—臭氧联用技术协同处理硝基苯废水

研究了光催化—臭氧联用技术对废水中硝基苯的降解。试验结果表明:光催化—臭氧联用技术对硝基苯废水有较理想的处理效果,其降解效率大大高于单一光催化和单一臭氧技术,且有一定的协同性;硝基苯的降解符合准一级反应动力学方程;废水的初始pH对硝基苯的降解效果影响不大;COD去除率基本稳定在90%～93%之间;臭氧流量控制在12.6mg/min为宜。

CB-TiO2薄膜光催化臭氧氧化邻苯二甲酸二丁酯研究

研究了碳黑改性TiO2(CB-TiO2)薄膜催化剂光催化臭氧氧化典型有机污染物邻苯二甲酸二丁酯的过程,重点研究了臭氧投加量对邻苯二甲酸二丁酯浓度降解和总有机碳(TOC)去除率的影响.结果表明,邻苯二甲酸二丁酯的光催化臭氧化(TiO2/UV/O3)过程的TOC去除率比光催化氧化(TiO2/UV)、单独臭氧化(O3)和光助臭氧化(UV/O3)过程明显增高.动力学研究表明,邻苯二甲酸二丁酯完全矿化过程遵循零级反应,仅取决于臭氧浓度而与邻苯二甲酸二丁酯浓度无关;邻苯二甲酸二丁酯在TiO2/UV/O3作用下完全矿化的速率常数是UV/O3过程的1.2～1.76倍(同样臭氧浓度下),是TiO2/UV过程的2.24～3.54倍.

TiO_2光催化臭氧氧化-生物活性炭工艺处理城市污水

将TiO2光催化臭氧氧化-生物活性炭(TiO2/UV/O3-BAC)新型组合工艺用于处理城市污水.在优化工艺参数下,该工艺对TOC和UV254平均去除率分别为47.4%和76.9%,比UV/O3-BAC和O3-BAC工艺对TOC平均去除率分别提高10.2和40.2%.3种组合工艺对有机物去除具有协同效应,其中TiO2/UV/O3-BAC工艺的协同效应最大,UV/O3-BAC工艺次之.TiO2/UV/O3过程将水中大分子有机物氧化成小分子,增加了出水的可生化性,从而有利于后续BAC对有机污染物的去除.二级出水中有机污染物主要是酚类和酞酸酯,经氧化处理后,芳香烃和含-C=C-有机物消失或浓度减少,同时也生成一些小分子氧化产物,但经BAC处理后,污染物种类与浓度均大为减少.

分子氧为氧化剂的Au-Ag/TS-1光催化剂协同光催化丙烯气相环氧化（英文）

近年来,丙烯环氧化已引起人们广泛的兴趣;然而,大多数过程仍面临分离困难等问题.此外,丙烯转化率和环氧丙烷(PO)的选择性仍然非常低.从环境和经济观点来看,分子氧是丙烯选择性环氧化的理想氧化剂.开发一种气相光催化环氧化方法,即在光能和多相光催化剂存在的情况下,用于化学品生产.因此,本文探讨了通过光催化O_2选择氧化丙烯环氧化.传统的制备方法存在环境污染及能耗大等缺点,而利用氧气直接进行光催化丙烯环氧化制备环氧丙烷是相当具有前景的化学品生产途径.本文采用水热法制备了微球状TS-1载体,再通过浸渍还原法制备了不同Au/Ag质量比的Au.Ag/TS-1双金属催化剂.通过X射线衍射、扫描电镜、紫外-可见吸收光谱、透射电镜、X射线光电能谱、荧光光谱和N2吸脱附法等手段对合成的催化剂的组成、形貌和性质进行了研究,通过气相色谱在线分析得到光催化反应结果.结果表明,通过浸渍还原法可以很好的将贵金属分散到载体表面上.对于Au.Ag/TS-1双金属催化剂,当Au/Ag质量比为4/1时,反应温度为443 K时,环氧丙烷生成速率最大(68.3μmol/(g·h)),其选择性达52.3%.对于Au.Ag/TS-1光催化剂,双金属负载有利于O_2吸附活化,同时促进了电子的传递,从而抑制电子空穴的复合,有利于氧自由基的形成.结果表明,Au,Ag双金属之间存在协同催化作用,根据实验现象提出了一种可能的反应机理.

光催化-臭氧氧化降解H酸的研究

采用光催化-臭氧氧化技术(催化膜/UV/O3)降解H酸。研究结果表明,光催化与臭氧氧化相结合具有明显的协同作用。实验进一步讨论了臭氧投加量、废水初始pH值和H酸初始浓度对光催化-臭氧氧化降解H酸的影响。降解后的H酸,萘环结构被破坏,可生化性提高。

流化床光催化臭氧氧化苯酚动力学模型

为了检验O3对光催化氧化苯酚效率提高能力,采用试验与数学模型联合方法量化O3的贡献.以球形活性炭(AC)作为载体,采用溶胶-凝胶法制作负载型二氧化钛光催化剂(TiO2-AC).原始活性炭与催化剂对苯酚的等温吸附研究表明,两种颗粒的吸附是可逆的,并且在稀溶液条件下符合Freundlich方程.在流化床中分别采用O3、UV/O3、UV/O3/AC、TiO2-AC/UV/O2和TiO2-AC/UV/O3等5种工艺对苯酚的氧化效率进行了对比,发现液相臭氧氧化、多相臭氧氧化与多相光催化的综合作用导致光催化臭氧氧化效率比光臭氧氧化高34.5%.建立了流化床中多相光臭氧氧化与多相光催化臭氧氧化苯酚动力学模型.模型结果表明,溶液中臭氧质量浓度为0.02mg/L时,二氧化钛光催化氧化苯酚速度提高了14.8倍,在光催化氧化有机物过程中,臭氧比氧更适合作为电子的捕获剂.

臭氧协同石墨烯/ZnIn_(2)S_(4)光催化降解含油污水的性能

半导体光催化技术因可以利用太阳能、反应条件温和、无二次污染等优点,被认为是一种具有广阔前景的环境污染治理控制技术。为了解决其降解效率低的不足,本文将光催化技术和光氧化技术相结合,实现了对含油污水的高效降解。利用水热法合成了石墨烯/ZnIn_(2)S_(4)复合光催化剂,并利用XRD、BET、TEM、XPS、Raman和吸收光谱等技术对石墨烯/ZnIn_(2)S_(4)的结构进行了详细的表征,石墨烯的负载不仅可以大幅提升光催化剂的比表面积,同时石墨烯和ZnIn_(2)S_(4)之间的相互作用还可以促进光生载流子的迁移和传输。详细评估了石墨烯/ZnIn_(2)S_(4)光催化和臭氧光氧化技术协同降解含油污水的性能和稳定性,并考察了石墨烯的含量、光催化剂的用量、不同的方法以及污水的pH值对含油污水降解性能的影响,结果表明光催化和光氧化的协同作用可以在60 min内将初始COD浓度100 mg/L的含油污水降低91%,且表现出较好的稳定性。

氧化剂协同即时成膜型光催化反应器降解有机物

研究了"表观"即时成膜型UV/TiO2光催化反应器降解水中有机污染物的过程中,外加氧化剂与UV/TiO2体系之间的协同效应。在UV/TiO2体系中单独投加H2O2或O3可以提高光催化氧化有机污染物的速率和效率,同时投加H2O2和O3时则光催化氧化的协同作用更加显著,可大大缩短反应时间。不同反应体系的表观速率常数排序为:UV/H2O2/O3/TiO2>UV/O3/TiO2>UV/H2O2/TiO2>UV/O3>UV/H2O2>UV/TiO2。