基于高含量取代型非金属掺杂TiO_(2)光催化性能研究进展

近年来,随着环境污染问题的日益严峻,光催化技术作为一种环境友好的解决方案受到了广泛关注。其中,TiO_(2)作为一种典型的光催化剂,其性能优化成为研究热点。文章综述了基于高含量取代型非金属掺杂TiO_(2)的光催化性能基本原理、掺杂路线及掺杂的研究进展。针对高含量取代型非金属掺杂TiO_(2)发展过程中不足和挑战,提出未来发展的主要方向,为光催化剂的改性提供了新的思路,也为环境污染治理和能源转化等领域提供了新的材料方向。

掺杂多元金属铁基改性生物焦的Hg^(0)脱除特性及耦合协同机理研究

通过结合化学共沉淀法和溶胶凝胶法制备以生物焦为载体的铁基复合脱除剂,主要包括未掺杂其他金属的单铁基负载改性生物焦,以及基于铁基掺杂多元金属(Ce、Cu、Co、Mn)的改性生物焦。在获得改性生物焦Hg^(0)脱除特性的基础上,识别生物焦的吸附和氧化位点,对前驱体制备与生物质热解、生物焦与所负载改性物质、不同负载金属自身之间的耦合作用机理及协同作用机制进行研究,结合吸附动力学过程,利用程序升温脱附技术,揭示改性生物焦对Hg^(0)氧化和吸附过程之间的深层次差异性机理,以及Hg^(0)脱除过程的关键作用机制,研究发现:基于铁基改性条件,掺杂多元金属后所获得生物焦样品的Hg^(0)脱除性能获得了显著提升,而且掺杂双金属的改性样品的脱除性能整体优于掺杂单金属的改性样品;改性生物焦对Hg^(0)的脱除主要包括吸附和氧化过程;Hg^(0)和Hg-OM是Hg^(0)在改性生物焦表面的主要赋存形态;吸附过程分为外部和内部传质两个阶段,均为多层吸附;在吸附过程中,生物焦的微孔和较小孔径的介孔提供Hg^(0)的物理活性吸附位,表面化学官能团和晶相结构中的离子空位则为化学吸附位点;均匀分散在Fe相中的多元掺杂金属离子及对应氧化物、晶格氧、化学吸附氧以及卤素成分均为反应过程中主要的氧化位点,并形成了稳定的生物焦表面氧化体系;足够活性和数量的吸附位点利于优化吸附与氧化过程之间的主导关系;所掺杂的金属氧化物之间可以起到协同促进的作用,最终大幅提高改性生物焦的Hg^(0)脱除性能。

掺杂多元金属铁基改性生物焦再生机理研究

为解决直接热解生物质制备的生物焦吸附剂脱汞效率低和无法有效循环利用的问题,将共沉淀法、溶胶凝胶法相结合制备改性生物焦,利用比表面积测试法(BET)、红外光谱分析(FT-IR)等表征方法,探究O_(2)体积分数与再生温度对再生特性的影响。研究结果表明:金属掺杂改性生物焦表面附着的掺杂金属之间存在协同作用,能够提高生物焦的氧化活性,增加生物焦的氧化位点,因此双金属改性生物焦的汞脱除特性得到显著提高,其汞脱除特性强于单金属掺杂铁基生物焦和单铁基改性生物焦;再生时当氧气体积分数为3%时,样品不会发生剧烈的燃烧反应,有利于最大限度地保留样品孔隙结构,但存在无法有效补充消耗的晶格氧及化学吸附氧的问题;当氧气体积分数提高到7%时,O_(2)与样品中的碳发生了剧烈的均相及非均相反应,导致孔隙结构坍塌,所以最佳的再生氧气体积分数为5%;再生温度400℃时无法将赋存在样品表面的汞化合物完全分解释放,影响再生效果,但再生温度太高,样品表面硅酸盐结构出现熔融状态,孔隙坍塌,活性组分被分解破坏,再生样品汞脱除特性大幅降低。因此,最佳再生条件为5%O_(2)和600℃。

TiO_2金属离子掺杂改性研究进展

在二氧化钛中掺入金属成为提高二氧化钛光催化活性的重要方法。综述了引入金属杂质二氧 化钛光催化性能的改变研究现状,总结了含有金属杂质的二氧化钛光催化降解有机物的机理。

金属离子掺杂对TiO_2薄膜性能的影响

以钛酸丁酯为主要原料，在乙醇－水体系中采用溶胶－凝胶法，制备掺杂Li＋、 Mg2＋、 Al3＋三种金属离子的溶胶前驱体，利用浸渍提拉法制备TiO2薄膜。结果表明，掺杂金属离子的薄膜的最大吸收波长均在300～310 nm处；掺杂Li＋、 Mg2＋的薄膜的吸收光谱发生蓝移，且随掺杂量的增多蓝移现象减弱；掺杂Al3＋的发生红移，且随掺杂量的增多红移现象减弱。掺杂Mg2＋的吸光性能较好。扫描电镜照片表明试样的表面平整，颗粒均匀。

多元金属定向修饰的改性生物焦微观特性及单质汞脱除性能研究

针对通过热解直接获得的生物焦汞吸附效率较低的问题,将常规化学沉淀法、溶胶凝胶法、多元金属多层负载与生物质热解制焦过程进行整合,在选择特定组分进行结构设计的基础上,获得了经济高效的掺杂多元金属铁基改性生物焦烟气脱汞剂,为最终实现"以废脱毒"提供关键参数与理论依据.在获得改性生物焦Hg0脱除特性的基础上,针对生物质基础特性,利用多种表征分析手段研究改性样品的微观特性,建立了改性生物焦理化性质与脱汞性能之间的构效关系.研究发现:相比未改性生物焦,以生物焦为载体的铁基复合吸附剂的脱汞性能显著提升,其中掺杂双金属改性样品汞脱除性能的提升程度整体优于掺杂单金属的改性样品;改性生物质的热解过程变得更加剧烈和充分;改性导致生物焦的晶体结构向无序方向演变,所对应的芳香结构单元排列有序度和石墨化程度减弱;所负载或掺杂的多元金属对生物焦物理吸附性能的提升主要体现在对孔隙结构参数的改善方面,同时多元金属的掺杂还可以增强—COOH和C=0官能团对电子的迁移作用,进而提升生物焦对有机汞Hg-OM的结合能力;不同负载金属自身之间在汞脱除过程中可以起到协同促进的作用,进而大幅提高改性生物焦的脱汞性能.

金属离子掺杂硅胶吸附剂的性能与结构表征

以陶瓷纤维纸为基材,钴盐、铝盐或钛盐为改性剂,顺次经水玻璃、酸性盐溶液浸渍共沉积制得金属离子掺杂硅胶吸附剂。采用扫描电镜、多孔介质空隙分析仪、光电子能谱仪表征改性吸附剂组成、表面形貌、孔径大小及分布;用程序升温脱附谱,热失重分析仪等检测材料的脱附性能及热稳定性。结果表明:金属离子掺杂硅胶均匀分布在陶瓷纤维纸表面及其空隙中;经掺杂后的硅胶,其吸附性能、Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积、孔容、平均孔径明显增加。改性硅胶的BET表面积、饱和吸附量及热稳定性按照铝掺杂硅胶、钛掺杂硅胶、钴掺杂硅胶及硅胶的顺序递减。