GQDs/TiO_(2)可见光催化降解抗抑郁药阿米替林的研究

阿米替林是一种被广泛使用的抗抑郁药,阿米替林及其代谢产物对水生生物和人体健康产生危害。阿米替林作为一种新兴污染物,其去除方法的研究受到广泛关注。研究采用水热法制备石墨烯量子点/二氧化钛(GQDs/TiO_(2))复合催化剂,通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和比表面测试(BET)表征了复合物的结构和形貌。催化剂可见光催化降解阿米替林性能表明,当GQDs的负载量为4%,溶液pH为11,催化剂投加量为0.08 g,阿米替林的初始浓度为5μmol/L时,GQDs/TiO_(2)对阿米替林的降解性能达到最优,为93.1%。GQDs的引入促进了光生电子空穴对的有效分离和转移,超氧阴离子自由基(·O_(2)^(-))是光催化过程中最主要的活性物种,其次是电子(e^(-))和羟基自由基(·OH)。

GPTMS/TiO_(2)复合催化剂对AB1的降解机理分析

染料生产过程中产生的印染废液对环境或人体的危害较大,酸性黑1(AB1)是其中主要的有害物质之一。为了提高印染废液中AB1的处理效率,本研究提出了一种新型复合材料,作为印染废液中AB1的降解催化剂。该催化剂以TPNC与纳米TiO_(2)为主体,以CPTMS为链接剂。结果显示,TiO_(2)作为催化剂时,光照催化90 min后,溶液中的AB1质量分数仍有63.8%,以质量分数0.004%TNPC-GPTMS/TiO_(2)作为催化剂时,光照催化90 min后,溶液中AB1已被完成降解,溶液完成脱色。本研究提出的新型催化材料可以有效提高印染废液中的AB1处理速度。

TiO_(2)光阳极材料光-电催化降解恩诺沙星影响因素研究

制备二氧化钛(TiO_(2))光阳极材料,通过表征手段考察其形貌、晶相与元素组成特征。TiO_(2)纳米棒形成纳米管阵列,在XRD图谱27.5°、36.1°、37.8°和62.7°处有明显特征峰,无明显杂峰,Ti元素以Ti^(4+)的形式存在。选取一种喹诺酮类抗生素恩诺沙星(ENR)作为目标污染物,探究光-电催化体系下TiO_(2)光阳极材料对ENR降解的影响因素。实验结果表明,ENR初始浓度为10mg/L,电解质NaCl浓度为0.10mol/L,外加偏压为1.2V,初始pH值为7时,TiO_(2)光阳极材料对ENR的光-电催化降解率可达90.74%,经四次循环实验材料保持了良好的稳定性,在抗生素降解方面具有较大的应用潜力。

TiO_(2)含量对熔剂性球团冶金性能及矿相结构的影响

为促进低硅含钛铁精粉在球团焙烧—高炉炼铁流程中的高效利用,本文以带式焙烧机球团生产线生产的熔剂性球团为试验对象,基于不同TiO_(2)含量球团特性条件,探索熔剂性球团的适宜钛含量,重点研究不同TiO_(2)含量条件下的熔剂性球团冶金性能和微观结构的变化。结果表明:当TiO_(2)质量分数超过1.0%时,熔剂性球团抗压强度出现降低趋势,从2 772 N/P降低至2 530 N/P;1 h还原度从62.9%提高至66.9%;还原膨胀指数稳定在9%以内;低温还原粉化率出现明显降低,>6.3 mm值从89.3%降低为78.9%,>3.15 mm值从94.9%降低为88.7%,<0.05 mm值从4.2%提高至6.4%。在矿相结构方面,固相比例保持稳定,气孔率从30.29%提高至36.4%,且大气孔的数量显著增大,球体表面的致密度降低,液相比从22.72%降低至15.66%。因此,为保证熔剂性球团具备良好的冶金性能和矿相结构,其TiO_(2)质量分数不宜超过1.0%。

Ag-Ti^(3+)-TiO_(2)纳米锥的制备及光电催化性能研究

抗生素的过度使用对环境造成了持久性的污染,光电催化是降解抗生素的环保、高效技术,其中光电极的设计尤为重要。为提高抗生素降解速率,采用电化学还原和光还原法制备了Ag-Ti^(3+)-TiO_(2)纳米锥复合光电极,并用于模拟可见光照射下光电催化降解四环素的过程,考察其光电催化性能。结果表明,由于Ti^(3+)自掺杂和Ag纳米颗粒的局域表面等离子体共振效应,复合电极有效地抑制了光生电子-空穴对的复合,并表现出更低的电荷转移电阻,提高了光电催化性能。复合光电极在可见光照射下,90 min后可降解87.9%的四环素,且5个循环后降解率保持在82.5%。这些结果表明,Ag-Ti^(3+)-TiO_(2)纳米锥复合光电极具有高降解效率、良好的稳定性和可持续的循环利用性,有望实现高效环保地光电催化降解抗生素。

三角形Au@TiO_(2)介孔催化剂可见光降解亚甲蓝

利用溶胶凝胶法制备出一种三角形Au@TiO_(2)核壳材料。经过水热晶化,该材料膨胀至300 nm,壳层TiO_(2)晶化为介孔锐钛矿相,但核心三角形Au颗粒的形貌保持不变。采用粉末X射线衍射(PXRD)、ζ电位、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、热重分析(TGA)、光致发光(PL)光谱、光电流(i-t)以及光催化降解技术,对样品的结构和性能进行了系统、详细的检测与分析。经过晶化处理的Au@TiO_(2)在可见光波段的光降解亚甲蓝性能比未晶化时有了显著的提升,1 mg·mL^(-1)Au@c-TiO_(2)可以在可见光照射1 h后实现对60 mg·L^(-1)亚甲蓝全降解。电子顺磁共振(EPR)测试表明·O_(2)^(-)和·OH两种自由基对光降解起到了很大作用。通过综合分析实验结果和时域有限差分(FDTD)分析,探究了催化反应的机理。

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。

碳量子点/TiO_(2)复合光催化剂的制备和应用进展

本文主要综述了碳量子点/TiO_(2)复合光催化剂的制备方法,以及近5年碳量子点/TiO_(2)复合光催化剂在光催化降解有机污染物、杀菌、制氢及太阳能电池制备等方面的应用进展,以期为碳量子点/TiO_(2)复合光催化剂制备及应用的进一步研究提供参考。

TiO_(2)相结的可控合成及其在光催化降解室内甲醛中的应用

通过焙烧法成功制备了a-TiO_(2)/r-TiO_(2)相结试样。XRD和Raman分析表明,通过改变焙烧时间实现了试样中a-TiO_(2)和r-TiO_(2)的含量调控。在光催化降解甲醛试验中,所有a-TiO_(2)/r-TiO_(2)相结试样的活性均高于纯a-TiO_(2)和r-TiO_(2)试样。其中组成(w)为47.6%a-TiO_(2)+52.4%r-TiO_(2)试样的活性最佳,经过5 h光照后甲醛降解率达到了96.9%,反应速率分别为纯a-TiO_(2)和r-TiO_(2)试样的13.6和24.5倍。表面光电压谱和光电流曲线分析表明光催化活性差异的主要原因是a-TiO_(2)/r-TiO_(2)相结促进了光生载流子分离效率,进而提高光催化活性。

TiO_(2)改性钢渣基透水混凝土的力学和NO_(x)降解性能研究

以内掺纳米TiO_(2)为光催化剂,钢渣和矿渣粉为胶材,大钢渣颗粒为骨料,制备了TiO_(2)改性钢渣基透水混凝土(TSSPC),并研究了TiO_(2)掺量对TSSPC的抗压强度、透水性能和NO_(x)降解性能的影响。此外,结合XRD和SEM-EDX等微观测试分析方法,阐明了TiO_(2)对TSSPC力学性能、透水性能和光催化性能的影响机理,为TiO_(2)在透水混凝土中的应用奠定了基础。结果表明,当TiO_(2)掺量较少时,TiO_(2)颗粒的“晶核效应”对胶凝材料的早期水化有促进作用。但当TiO_(2)掺量较多时,TiO_(2)颗粒易发生团聚,不利于TSSPC的力学性能发展。此外,随着TiO_(2)掺量的提高,透水混凝土的连通孔隙率和透水系数均上升。相较于空白对照组,TiO_(2)掺量为5%(质量分数,下同)的TSSPC的连通孔隙率和透水系数分别提高了4.5个百分点和1.34 mm·s^(-1)。TSSPC对NO_(x)的降解效率随着TiO_(2)掺量(0%~5%)的增加而提高,当TiO_(2)掺量超过3%时,继续增加TiO_(2)掺量对NO_(x)降解效率的提升效果显著下降。

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。

基于时域有限差分法的TiO_(2)纳米纤维膜光学数值模拟及优化设计

针对高太阳光反射率和低成本的材料开发需求,基于时域有限差分法模拟TiO_(2)纳米纤维膜中结构参数对膜材料反射性能的影响规律,结果表明:当TiO_(2)纳米纤维直径为300nm时,材料具有最优的宽带散射性能,其太阳光波段内的积分散射率为2.462;太阳光反射率与纤维膜厚度呈正相关,当纤维膜厚度增至150μm时,膜材料具有优异的太阳光反射性能。通过调控静电纺丝工艺参数和纺丝时间,制备出不同纤维直径和不同厚度的TiO_(2)纳米纤维膜材料。膜材料的太阳光反射率测试结果表明:当所制备的TiO_(2)纳米纤维平均直径为293.2nm、膜厚度为155μm时,膜材料具有高太阳光反射率(94.50%)。

TiO_(2)光催化高延性水泥基材料拉伸性能和光催化性能研究

随着大气污染给建筑物及居住环境带来的恶劣影响日益严重,TiO_(2)光催化水泥基材料广受关注。利用光催化剂纳米TiO_(2)颗粒制备光催化高延性水泥基材料(PC-ECC),研究其单轴拉伸应力作用下力学性能和光催化性能;结合微观力学模型及孔结构分析纳米TiO_(2)颗粒对PC-ECC延性的作用机理。结果表明:掺0~15%纳米TiO_(2)颗粒的PC-ECC在龄期28 d时均具有显著的应变硬化特征和优异的多缝开裂能力,拉伸应变在掺1%纳米TiO_(2)颗粒时出现最低值3.48%,之后升至4.55%;宏观拉伸应变随纳米TiO_(2)颗粒掺量变化趋势与应变硬化指标J_(b)’/J_(tip)一致,且后者与孔结构等微观结构紧密相关;掺5%纳米TiO_(2)颗粒的PC-ECC经72 h紫外光照后光降解亚甲基蓝效率达95%,符合一级反应动力学模型。

One-Pot Green Synthesis of 1, 4-Dihydropyridine Derivatives Using Polyindole TiO2 Nanocatalyst by Solvent Free Method

This study used a Polyindole in combination with TiO2 nanocatalyst as an efficient heterogeneous catalyst to carry out a multi-component Hantzsch reaction involving different aromatic aldehydes with methyl acetoacetate, and aqueous ammonium to create 1,4-dihydropyridine derivatives under solvent free condition at ambient temperature. A broad range of aldehydes and methyl acetoacetates, ranging from heteroaromatic to polyaromatic one, with high level of functional group tolerance can be used to provide the desired products possessing relevant medicinal moiety in high yields. This technology has prospective advantages over current protocols, including the utilization of a cheap, stable, recyclable, and safe catalyst, quicker reaction times with higher yields and simple product isolation.

基于核磁共振法的纳米TiO_(2)混凝土抗冻性能研究

孔结构演化对混凝土抗冻性能至关重要,为研究纳米TiO_(2)对混凝土孔结构及抗冻性能的影响,本文选取替代率分别为0%、1%、3%、5%(质量分数,下同)的纳米TiO_(2)混凝土为研究对象,进行了快冻法试验、抗压强度试验、核磁共振试验及扫描电子显微镜试验。通过纳米TiO_(2)混凝土冻融循环前后质量、动弹模量、抗压强度、孔结构及微观形貌的变化,评估-18~5℃条件下的冻融损伤并分析纳米TiO_(2)对混凝土性能的改善机理;同时建立抗压强度、相对动弹模量、自由水饱和度及裂缝占比响应模型以确定纳米TiO_(2)的最佳掺量。结果表明:适量的纳米TiO_(2)可有效改善混凝土微观形貌,增加混凝土微孔及中孔的比例,减小大孔及裂缝的比例,过量的纳米TiO_(2)会使混凝土中大孔和裂缝的比例增大,不利于混凝土抗冻性能的提高;纳米TiO_(2)掺量为1%时,混凝土抗冻性能最佳。基于抗冻性能指标与孔隙测试结果建立响应模型,确定纳米TiO_(2)最佳掺量接近1%,这与试验结果相符合。

煤基泡沫炭复合F-TiO_(2)光催化降解苯酚

采用溶剂热法及随后的KF溶液浸泡制备了氟掺杂TiO_(2)(F-TiO_(2)),以煤疏中质组为原料制备多级孔泡沫炭(CCF),采用浸渍法将F-TiO_(2)负载于CCF上制得复合型光催化剂F-TiO_(2)/CCF。以苯酚溶液为目标降解物,研究了氟离子浓度、浸泡时间以及泡沫炭活化时间对催化剂催化性能的影响。分别采用XRD、XPS、SEM、N_(2)吸附、UV-Vis-DRS等对样品进行表征。结果表明,F-TiO_(2)/CCF的最佳制备条件为KF溶液浓度0.1 mol/L、浸泡时间24 h、泡沫炭水蒸气活化时间1 h。由此制得的复合催化剂在模拟太阳光下6 h对苯酚的光降解率达76%,总脱除率达89%,比F-TiO_(2)纳米颗粒的光催化活性提高了2.7倍。4次连续降解循环实验后对苯酚的脱除率仍维持在84%左右。掺杂氟原子的强电负性使F-TiO_(2)上的Ti化合价更正,更有利于与苯酚上的氧原子进行吸附配位。而泡沫炭载体不仅促进了光生载流子的高效分离,其大/中/微孔的共同作用保证了光的有效利用和苯酚的快速吸附扩散,使F-TiO_(2)/CCF光催化性能得到了显著的提高。

中空TiO_(2)微球整理多功能棉织物研究

通过模板法制备出具有中空结构的TiO_(2)微球,采用不同浓度中空TiO_(2)微球悬浮液及无氟防水剂对棉织物进行整理,对其疏水、隔热及光催化性能进行测试及分析。结果表明:质量分数为5%的TiO_(2)及无氟防水剂整理的棉织物具有良好的疏水、隔热及光催化性能;整理织物的水接触角为151°,并具有良好的自清洁功能;布下温度比空白棉织物低6.0℃;2 h对亚甲基蓝的光催化降解率达99.9%。

Pd纳米颗粒协同氧空位增强TiO_(2)光催化CO_(2)还原性能

针对TiO_(2)表面活性位点不足、反应动力学缓慢、CO_(2)还原产物中碳氢化合物的产率低以及选择性差等问题,研究通过Pd催化氧还原法在缺氧环境中构筑了具有表面氧空位的一维单晶TiO_(2)纳米带阵列(Pd-Ov-TNB)。通过形貌结构、载流子行为及光催化性能分析,探究了表面氧空位和Pd的氢溢流效应对光生载流子分离传输及还原产物选择性的影响。结果表明,Pd-Ov-TNB的CO_(2)还原活性强,产物中CH_(4)、C_(2)H_(6)和C_(2)H_(4)的产率分别为40.8、32.09和3.09μmol·g^(–1)·h^(–1),碳氢化合物的选择性高达84.52%,在C–C偶联方面展现出巨大的潜力。其一维单晶纳米带结构提高了材料的活性比表面积和结晶度,为CO_(2)还原反应提供了更多的活性位点,并加速载流子的分离传输。同时,氧空位增强了光生电荷的表面积累,为CO_(2)还原提供了富电子环境。此外,Pd纳米颗粒提高反应体系中H^(*)的浓度,并通过氢溢流效应将H*转移到催化剂表面吸附CO_(2)的活性位点,促进反应中间产物氢化。各种优势共同作用促使CO_(2)向碳氢化合物高效转化。

光降解有机污染物用TiO_(2)/g-C_(3)N_(4)异质结的构建策略

由TiO_(2)与g-C_(3)N_(4)晶体所组成的TiO_(2)/g-C_(3)N_(4)异质结(TCN异质结)有着成本低廉、带隙较窄、光响应谱带宽、载流子迁移效率高等优点,可有效解决有机污染物降解过程耗能高的问题.然而,常见的两种TCN异质结存在着载流子利用率或氧化还原能力上的限制.为此,需要对TCN异质结的构建策略进行改良以满足实际应用需求.本文主要围绕影响TCN异质结各项性能的因素,对近年来TCN异质结的构建策略及其在光降解有机污染物领域中的研究进展进行了总结.最后,对TCN异质结研究中的未来发展方向提出了展望.

双助催化剂Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)分层花状微球用于增强光催化产氢活性

在“碳达峰、碳中和”背景下,太阳能驱动的半导体光催化技术被认为是解决能源危机和环境问题的有效方法之一.开发高效的半导体光催化材料是半导体光催化技术发展的重中之重.在众多半导体光催化材料中,TiO_(2)因其无毒性、光化学稳定性良好和价格低廉等优点,在光催化领域备受关注.然而,单一TiO_(2)较低的光生载流子的分离和转移效率是制约其进一步应用的关键问题.通过负载助催化剂可以提供更多的活性位点、增强光吸收以及提高光生载流子的分离和转移效率,被认为是提高光催化活性的有效策略.本文利用静电自组装策略和光还原法成功地将双助催化剂Ti_(3)C_(2)纳米片和Ag纳米颗粒修饰在分层花状TiO_(2)微球表面,构筑了Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合光催化材料,并考察其光催化产氢性能.Zeta电位测试结果表明,带有相反表面电荷的分层花状TiO_(2)微球和Ti_(3)C_(2)纳米片可以通过静电作用构筑稳定的Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合光催化材料.同时,基于Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料的光催化性能,在光照条件下Ag+可被还原为Ag而被固定在Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料表面.通过X射线粉末衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等证明成功制备了Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合光催化材料.此外,X射线光电子能谱也证明了复合材料中存在光生电子的分离和转移过程.接触角测试结果表明,构筑的Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料具有较好的亲水性,可以更好地吸附水分子以保证还原反应的进行.紫外-可见漫反射光谱测试结果表明,Ti_(3)C_(2)和Ag助催化剂的引入提高了材料的光吸收能力.荧光光谱、时间分辨荧光光谱、光电流密度和电化学阻抗等测试结果表明,Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料具有较好的光生载流子分离和转移效率以及更长的光生载流子寿命.另外,线性扫描伏安测试证明了Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料具有低的过电势,更加有利于析氢反应.在模拟太阳光照射下,最佳Ti_(3)C_(2)(3 wt%)和Ag(2.5 wt%)含量的Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料的光催化产氢速率为1024.72μmol g^(–1)h^(–1),分别约为单一TiO_(2),Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料和Ag/TiO_(2)复合材料的40,2.3和1.8倍,且三次循环利用后仍保持较好的光催化产氢活性.光催化产氢活性的提高主要归因于Ti_(3)C_(2)和Ag双助催化剂的引入增强了光吸收能力和提高了光生载流子的分离和转移效率,从而增强了TiO_(2)的光催化活性.综上,本文揭示了构建双助催化剂的复合光催化材料更加有利于促进光催化材料的光生电子-空穴对的分离和转移,对高活性和高稳定性光催化剂的设计和性能调控有一定参考价值.