稀土La掺杂TiO_(2)纳米纤维高响应光催化降解染料研究

为了提高TiO_(2)光催化性能,并研究金属离子掺杂对TiO_(2)光催化性能的影响,采用静电纺丝技术和煅烧工艺制备稀土元素La掺杂TiO_(2)无机纳米纤维膜,通过SEM、XRD、FT-IR、TG测试对材料的形貌、结构进行表征,以亚甲基蓝为靶向降解剂,进一步深入研究La^(3+)改性TiO_(2)光催化氧化降解染料的机理。结果表明,当染料浓度为10 mg/L,La^(3+)掺杂改性纳米TiO_(2)纤维的浓度为15 mg/10 mL条件下,催化10 min的降解率为63.41%,催化70 min的降解率即可达到99.87%,比未掺杂TiO_(2)纳米纤维的降解率提高了6.36%,可见,La^(3+)的掺杂提高了TiO_(2)光催化降解速率,所需要的时间减少了。

镉基MOFs材料的合成、表征及催化降解染料废水

工业废水处理对于维护生态平衡、实现可持续发展具有重要意义,研究开发新的污水处理剂,实现污染物催化降解是从根本上解决废水问题的有效方案。基于此,从晶体工程原理出发,以选材广泛、结构可调的MOFs材料为研究对象,通过选用亚甲基双羟萘酸(H_(2)pam)和2,5-双(4-吡啶基)-1,3,4-噻二唑(bpt)作为构件,成功制备了一例MOFs材料,即[Cd(bpt)(H_(2)O)4]n·n(pam)·2nH_(2)O(MOF-1)。结构分析和性能表征说明,MOF-1具有一维共价链状和复杂的超分子构型,其合成方法简单、品质好,且形貌较为单一,尺寸为0.5~2μm;主体框架在310℃以下稳定存在并具有较好的化学稳定性,在强酸和中性水溶液中可保持完整形貌不少于60 d和163 d;呈现明亮的绿色荧光,可在较宽温度范围内作为分子发光温度计。催化降解工业染料废水的模拟研究显示,MOF-1材料的禁带宽度E_(g)=2.85 eV,带隙值小,对罗丹明B的脱色率达到了85.94%,可显著降解。因此,MOF-1材料是一种具有较大比较优势的染料污水处理剂。

玻纤负载TiO_(2)/g-C_(3)N_(4)光催化膜的制备及降解染料性能

为解决光催化剂效率不高、粉末难回收且易造成二次污染等问题,采用浸渍法制备了玻璃纤维负载TiO_(2)/gC_(3)N_(4)光催化膜(命名为TCNGF)。TiO_(2)和g-C_(3)N_(4)纳米颗粒通过静电自组装在玻璃纤维表面形成了均匀无裂痕的薄膜,重量法测得催化剂负载量(质量分数)为4%。降解实验结果表明:以TCNGF为催化剂,在模拟太阳光下,10 mg/L的罗丹明B(RhB)溶液在40 min的降解率达到98%,4次循环降解实验的脱色降解率均高于99%,且溶液中无絮状沉淀产生,表明催化剂优异的催化活性、附着牢度和循环稳定性。催化结果表明:适量提高TiO_(2)和g-C_(3)N_(4)的质量比,催化膜内异质结量增多,促使光生活性自由基增多,染料降解速率增快;初始染料浓度对TCNGF光催化降解性能无明显影响。自由基捕获实验证明:超氧自由基(·O_(2)~-)和羟基自由基(·OH)在光催化反应过程中为主要活性物种;光催化反应机理研究表明,TCNGF属于Z型光催化体系。

微电解-Fenton工艺预处理难降解染料废水研究

研究了微电解-Fenton工艺对难降解染料工业废水预处理效果,在提高染料废水可生化的同时实现有机物去除.通过对提高废水可生化性和有机物去除率因素的优选,确定了工艺的最佳技术参数和操作条件.结果表明:当pH=2,Fe/GAC体积比为1,反应时间60 min;H2O2采用连续投加方式,投加量为0.4%,pH=3,反应时间为30 min的条件下,可使废水的BOD5/COD质量浓度比由0.08提高到0.46,有机物(COD)去除率达75%以上.微电解-Fenton工艺能够有效改善难降解染料废水的可生化性和实现有机物的去除,并且操作简单,运行稳定,适宜于该废水的预处理.

纳米二硫化锡的水热合成及可见光催化降解染料的性能研究

光催化在环境保护和污染治理中有用途广泛。二硫化锡纳米材料具有优异的可见光催化性能,可用于染料废水的降解处理。采用易于操作的一步水热法制备了纳米二硫化锡(SnS_(2)-H),利用XRD、Raman、SEM、UV-Vis DRS和N2吸附脱附曲线对产物的晶体结构、形貌、带隙和表面积进行了表征。分别以罗丹明B(Rh B)、甲基橙(MO)和亚甲基蓝(MB)溶液模拟染料废水,考察SnS_(2)-H的可见光催化性能。结果表明,SnS_(2)-H用量为20mg时,对以上三种染料都具有良好催化降解效果,其中MO的最大降解率达到42%,三次循环使用,仍保持良好的稳定性和催化活性。

磁性氧化石墨烯/TiO_2复合材料的制备及光催化降解染料废水的研究

为了提高TiO2的光催化性能,采用Hummers法自制氧化石墨、纳米TiO2、FeCl3等为原料制备了磁性氧化石墨烯/TiO2(磁性GO/TiO2)复合光催化材料。以活性艳红X-3B为模拟废水,对该催化剂在紫外光下的催化活性进行了评价。结果表明,TiO2/GO材料中GO含量为3%时光催化活性最好,磁性GO/TiO2复合材料GO含量为8%时在1.4 h时可以达到93%的降解率。

难降解染料废水处理方法的研究进展

综述了国内外处理难降解染料废水的现状和进展 ,尤其是在物理法、化学法、生化法以及物理化学法中的新技术 ,其中包括膜、超声波、等离子体法、超临界水氧化法 (SCWO)、深度化学氧化法 (AOP)、光催化氧化法、电化学法以及传统生物法和混凝法等方法的研究现状 ,新的方法材料工艺的应用及国内外处理技术未来的发展前景。

氮硫共掺杂SrSnO_3的制备及光催化降解染料研究

以氨气作为氮源,硫脲作为硫源,制备N/S共掺杂SrSnO_3样品。通过X射线粉末衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征确定了N、S分别是以晶格取代和间隙掺杂的形式存在于样品中。紫外漫反射光谱(DRS)表明氮硫共掺杂的样品对可见光的吸收比单掺杂要强。以罗丹明B、亚甲基蓝、橙黄Ⅱ号作为模拟废水污染物并考察了样品在可见光下降解染料的活性。实验结果表明,在氮化时间为12h,硫掺杂比为1∶1得到的N/S共掺杂SrSnO_3的催化剂在可见光照射的条件下,一定浓度的罗丹明B溶液在6h内被彻底降解至无色溶液,亚甲基蓝溶液的在3h内,脱色率达到96%以上,偶氮类染料橙黄Ⅱ号在加入少量H_2O_2,3.5h内降解率为93%。

Ag-AgBr/TiO_2光催化剂的制备及其降解染料的研究

采用简单的沉积沉淀法制备了Ag-Ag Br/Ti O2复合光催化剂.通过粉末X射线衍射和紫外-可见漫反射表征了催化剂的结构和光学性质.进而,使用X射线光电子能谱验证了Ag-Ag Br/Ti O2表面的Ag物种以Ag(0)和Ag(I)形式存在.研究表明分别在可见光和紫外光照射下液相降解罗丹明B,与单独的Ti O2相比,Ag-Ag Br/Ti O2有更高的光催化活性.此外,还研究了在光催化过程中电子的传输路径.基于表征结果和光催化活性,观察到和讨论了Ag-Ag Br和Ti O2的协同作用.

Co(Ⅱ)有机框架的合成及其降解染料性能研究

提出利用过渡金属钴合成有机框架类材料,并研究其降解染料的性能。首先,在金属有机框架合成方案中,选用2,2'-联呲啶-3,3'-二羧酸(H2bpdc)当成桥联配体,使稀土离子和过渡金属钴离子在水作溶剂的条件下,利用高温高压配位聚合反应实现有机框架材料的合成;然后,采用红外光谱分析法对产物进行聚合物配位的初步判断和官能团描述,利用X-射线单晶衍射分析仪器判读有机框架样品材料分子结构及具体晶胞参数;最后,利用XRD粉末衍射仪确定产物纯度后,即同时描述了Co-bydc材料光催化性质和降解染料性能。通过上述实验过程完成了Co(Ⅱ)有机框架的合成及其降解染料性能的分析过程。

FePc-TiO2/CS复合材料制备及光催化降解染料废水

二氧化钛(TiO_2)具有化学稳定性好和光催化活性高等优点,广泛应用于光催化降解反应中,但其对可见光利用率较低。利用酞菁铁(FePc)在可见光区具有强吸收的特点提升TiO_2在可见光下的光催化性能。采用冷冻干燥法制备酞菁铁-二氧化钛/壳聚糖(FePc-TiO_2/CS)复合材料,并对其表面形貌、晶型结构以及热失重行为进行表征,同时将其作为光降解催化剂进行酸性橙7溶液的降解。结果表明,采用冷冻干燥法制备的FePc-TiO_2/CS复合材料具有多孔结构,在100~200℃温度范围内,FePc分解导致复合材料的热失重曲线有明显的失重峰。FePc-TiO_2/CS复合材料具有较高的光催化降解率,在30 min内对酸性橙7溶液的降解率达到90%以上。复合材料同时具有较好的稳定性,在重复使用3次后,对酸性橙7仍然保持较高的光催化活性。

改性聚丙烯腈纤维负载MoS_(x)/TiO_(2)光催化材料制备及其降解染料性能

为提升MoS_(x)/TiO_(2)异质结的光催化性能,使用偕胺肟改性的聚丙烯腈(PAN)纤维作为载体,先通过静电结合及原位转化负载MoS_(x),再通过配位作用结合TiO_(2)合成了复合光催化剂。分析了该催化剂的表面形貌、化学结构和光吸收性能,并考察了其在可见光下对印染废水的处理效果。结果表明:MoS_(x)和TiO_(2)可均匀分布于PAN纤维表面,且MoS_(x)的引入大幅提升了催化剂的光吸收性能,并能够在波长大于500 nm的可见光下快速氧化降解染料废水,其反应速率常数达到单独负载TiO_(2)纤维催化剂的4.7倍;该催化剂具有优异的重复使用性能,其高活性主要来源于MoS_(x)对污染物的强吸附能力及其在可见光下对TiO_(2)的敏化作用。

核壳Fenton催化剂CuFe_2O_4@PDA-Cu的制备、表征及其活化H_2O_2降解染料的性能

为得到新型高效多相催化剂,有效去除废水中的染料,以Cu(Ac)_2与CuFe_2O_4@PDA为原料制备了催化剂CuFe_2O_4@PDA-Cu.通过IR、XRD、XPS、UV-Vis、DRS技术对催化剂的性能进行了表征,考察了温度、H_2O_2用量、催化剂用量、pH值、盐等对催化活性的影响.利用HPLC测定降解产物,采用自由基捕获和抑制实验进行机理验证,发现催化剂是核壳结构.温度升高、pH值升高、H_2O_2和催化剂用量的增加均有利于提高催化活性;氯化物、硫酸盐、硝酸盐和磷酸盐不影响催化效果,溴化物和亚硝酸盐降低了催化效果.得到的最优降解条件为:T=30℃,催化剂用量10mg·L^(-1),pH=9,过氧化氢用量10mmol·L^(-1),染料浓度30mg·L^(-1).最优条件下催化剂可循环使用4次以上;甲基橙、茜素红和罗丹明B的去除率为100%;染料R0213、O0118和B0115的去除率大于60%.降解产物有草酸、马来酸和CO_2.甲基橙、茜素红和罗丹明B降解后COD_(Mn)=2~4mg·L^(-1).水杨酸捕获·OH生成2.5-二羟基苯甲酸,叔丁醇抑制染料降解.结果表明,催化剂可活化H_2O_2产生·OH,·OH攻击染料分子开环降解直至矿化.该研究为开发高效多相催化剂,有效去除废水中的染料提供了科学依据.

3D-SnO_2/改性海泡石的制备及其光催化降解染料

以SnCl_4·5H_2O为原料,改性海泡石为载体,采用超声溶胶-凝胶法制备出负载型3D-SnO_2/改性海泡石催化剂,采用X射线衍射、扫描电镜、比表面积仪对催化剂进行表征。以甲基橙作为模拟废水(20 mg/L),研究了3D-SnO_2/改性海泡石制备条件对其光降解性能的影响。结果表明:在溶液pH 7.0~8.0,焙烧温度480℃条件下制备的块状3D-SnO_2/改性海泡石催化剂(SnO_2负载量15%),比表面积86 m^2/g,平均孔径80.97 nm,催化剂用量30mg的条件下,催化剂对模拟废水的降解率在300 min达到98.5%,催化剂稳定性较好。

改性PAN纤维负载hemin催化降解染料的研究

使用含有偕胺肟基团的改性聚丙烯腈(PAN)纤维作为载体材料,通过轴向配位作用负载氯化血红素(hemin)制备了非均相催化剂hemin-PAN,重点对其在有机染料氧化降解反应中的催化性能进行研究。结果表明,hemin-PAN能够通过活化H2O2催化染料的氧化降解反应,其催化活性与纤维中偕胺肟基团数量密切相关,PAN增重率为14.9%时,hemin-PAN有最高的催化活性;增加催化剂hemin负载量或提高反应温度都有利于染料的氧化降解反应,hemin-PAN(增重率为14.9%,hemin负载量为0.026 mmol/g)催化罗丹明B染料氧化降解反应的活化能为63.83 k J/mol。

玻璃纤维负载Fe_(3)O_(4)催化膜的制备及其降解染料性能

为了拓宽芬顿反应的pH值使用范围并减少铁淤泥,通过溶剂热法,以氯化铁为前驱体,玻璃纤维为载体,乙二醇为溶剂,成功制备了玻璃纤维负载Fe_(3)O_(4)薄膜的非均相芬顿催化剂,并研究其降解染料性能;采用XRD、FESEM、HTEM等测试手段表征了材料的结构和形貌。结果表明:Fe_(3)O_(4)纳米球形颗粒粒径较小,均匀负载到玻璃纤维表面,形成表面粗糙的颗粒膜;在模拟太阳光辐照条件下,加入0.16 g/L的催化剂和3 mmol/L的H_(2)O_(2),40 mg/L的活性红溶液在50 min后降解率达到100%,而暗环境下催化剂和H_(2)O_(2)共存条件下的降解率只有35.3%;该催化膜在高pH值下也表现出较高的活性,pH=8.5时,活性红的降解效率仍然达到69.6%。该催化膜对活性红溶液进行6次循环降解,活性红溶液仍然能够实现100%脱色。

具有介孔结构的纳米锐钛矿型C,Co-MTiO_2降解染料的研究

为了提高催化剂对太阳光的充分吸收和利用,采用模板技术合成了C,Co共掺杂的具有介孔结构的纳米锐钛矿型TiO2(C,Co-MTiO2)。采用N2-物理吸附和解吸附、X-射线衍射、高分辨电子显微镜、UV-Vis对材料进行表征。结果表明,该材料热稳定性好,比表面积高,是具有较大介孔孔径的锐钛矿型TiO2。在夏季太阳光照射下光催化降解亚甲基蓝、甲基紫、曙红Y和甲基橙4种有机染料,与商品化的P-25TiO2相比,C,Co-MTiO2有很好的催化活性。该催化剂的高效光催化活性可能与其锐钛矿晶体结构、高比表面积、纳米尺寸、介孔孔道、碳和钴的协同效应有关。

纳米TiO_2/SiO_2负载棉织物的制备及其光催化降解染料的研究

将纳米TiO_2水溶胶和纳米SiO_2水溶胶复配制备环境净化整理剂,并通过轧烘焙工艺对棉织物进行后整理得到纳米TiO_2/SiO_2负载棉织物,然后将其用于不同结构有机染料的光催化降解反应中,重点考察纳米SiO_2的添加量对其在不同pH值反应体系中的光催化降解性能以及重复利用性的影响。结果表明,纳米TiO_2/SiO_2负载棉织物对不同结构的有机染料具有显著的光催化降解性能,能够促进染料分子的共轭体系和芳香环结构的降解反应。纳米SiO_2的添加不仅有利于纳米TiO_2/SiO_2负载棉织物在碱性介质中光催化降解性能的提高,而且也能够改善其重复利用性。

“双一流”建设背景下科教融合实验教学探索--以TiO_(2)光催化降解染料废水实验为例

科教融合的办学理念已经成为“双一流”建设高校科教并重发展的必然选择。将瞬时纳米沉降技术制备多孔TiO_(2)纳米球及其光催化降解染料的研究引入本科教学中,例如大学生研究训练计划(SRP)项目。该综合实验设计内容符合科教融合的发展需求,通过该实验,有助于加深学生对知识点的综合理解,培养学生的创新能力和实践能力。

改性PAN纳米纤维铁配合物的制备及其催化降解染料性能的比较研究

分别以聚丙烯腈(PAN)纳米纤维和普通PAN纤维为原料,经偕胺肟改性和Fe3+配位反应制备了两种改性PAN纤维铁配合物。考察和比较了偕胺肟改性和Fe3+配位反应中两种纤维的腈基转化率及其配合物中铁含量的变化。然后在表征的基础上分别将两种改性PAN纤维铁配合物作为非均相Fenton反应催化剂应用于偶氮染料活性红195的氧化降解反应中,研究了两者在暗态和可见光辐射条件下的催化降解性能。结果表明,PAN纳米纤维比普通PAN纤维更容易发生偕胺肟改性和Fe3+配位反应。PAN纳米纤维铁配合物对可见光吸收性能略低于普通PAN纤维铁配合物。在染料的氧化降解反应中,PAN纳米纤维铁配合物具有更好的催化活性和稳定性,尤其在暗态时表现得更为突出。