S型异质结光催化剂ZnFe_(2)O_(4)/WO_(3)的构筑及光催化还原CO_(2)性能

通过在WO_(3)纳米片表面负载ZnFe_(2)O_(4)纳米颗粒,构建了一系列S型异质结光催化剂ZnFe_(2)O_(4)/WO_(3),并研究了其光催化CO_(2)还原性能。在没有助催化剂和牺牲剂的条件下,所制备的ZnFe_(2)O_(4)/WO_(3)复合材料可对CO_(2)与水蒸汽进行光催化反应。优化后的材料光照5 h后CO_(2)还原产物CO和CH_(4)的产量分别为7.87和4.88μmol·g^(-1)。相对于单相组分,CO和CH_(4)的产量明显提高。光催化活性的提高,归因于ZnFe_(2)O_(4)和WO_(3)异质结的形成以及光生载流子的S型电荷传输模式。

掺杂CoFe_(2)O_(4)膨胀石墨对Pb(Ⅱ)的吸附性能

为解决膨胀石墨吸附后回收难的问题,采用柠檬酸基的溶胶-凝胶法将CoFe_(2)O_(4)粒子负载到膨胀石墨中,制备磁性膨胀石墨。利用扫描电子显微镜(SEM)和磁滞回线对样品的微观形貌和磁性能进行表征,研究了膨胀石墨和磁性膨胀石墨对Pb(Ⅱ)吸附性能的影响因素,包括吸附时间、Pb(Ⅱ)初始质量浓度、吸附剂用量和pH值等,并采用吸附动力学和吸附等温线模型对吸附行为及机理进行了分析。结果表明,膨胀石墨和磁性膨胀石墨对Pb(Ⅱ)的最大吸附量分别为95.6、69.8 mg/g,吸附动力学符合二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir模型。掺杂CoFe_(2)O_(4)粒子缩短了膨胀石墨对Pb(Ⅱ)吸附平衡所需的时间,并使最佳吸附pH值向更加中性条件迁移。

玻纤负载α-Fe_(2)O_(3)/CuFe_(2)O_(4)异质结薄膜的制备 及其催化性能

为了克服传统芬顿催化剂的降解速率慢、pH适用范围窄、难回收等缺点,采用浸涂溶胶-凝胶法制备了玻璃纤维负载的α-Fe_(2)O_(3)/CuFe_(2)O_(4)异质结薄膜(FCGF),对其结构、形态和化学组成进行表征,并将其用于亚甲基蓝的光芬顿催化降解,考察其催化活性、pH值适用性和重复使用稳定性。结果表明:CuFe2O4颗粒生长在α-Fe_(2)O_(3)颗粒表面,形成α-Fe_(2)O_(3)/CuFe_(2)O_(4)异质结;在模拟太阳光辐射条件下,加入2 g FCGF和20 mmol/L的H_(2)O_(2),50 mL质量浓度为30 mg/L的MB溶液在40 min后降解率达到97%,而在相同条件下加入α-Fe_(2)O_(3)与CuFe_(2)O_(4)降解率分别为20%和30%,其催化活性的增强可归因于异质结光催化剂产生的光诱导电位差驱动的光生载流子的有效分离;同时,FCGF在宽pH范围显示出较高活性,pH=10时,MB溶液40 min后降解效率仍达到63%;FCGF具有良好的稳定性,5次循环后其催化性能没有衰减,反应40 min后MB降解率仍可达97%。

基于PHREEQC模拟分析Na_(2)S_(2)O_(4)对退役铀矿山采区地下水生态的修复

酸法原位地浸采铀作为回收铀资源首选工艺,不可避免会存在部分铀进入地下水污染生态环境,而采用还原剂Na_(2)S_(2)O_(4)将游离的铀还原固定可高效解决此类问题。为此,针对某酸法地浸采铀退役铀矿山地下水铀污染,采用PHREEQC模拟分析Na_(2)S_(2)O_(4)还原固定地下水中可溶性铀的机制,讨论NaHCO_(3)在Na_(2)S_(2)O_(4)还原固定可溶性铀的影响。模拟结果表明:1)该区域地下水中铀以U(Ⅵ)为主,其中UO_(2)SO_(4)、UO_(2)^(2+)和UO_(2)(SO_(4))_(2)^(2-)为优势物种,分别占63.60%、32.35%和3.89%;2)Na_(2)S_(2)O_(4)还原固定可溶性铀时,会降低地下水Eh值和Fe(Ⅲ)浓度,增强地下水还原性,促进沥青铀矿和黄铁矿沉淀,但会造成地下水酸化和高SO_(3)^(2-)浓度;3)NaHCO_(3)+Na_(2)S_(2)O_(4)在还原固定可溶性铀时,减轻了地下水酸化,增强了对U(Ⅵ)和SO_(3)^(2-)的去除,对Na_(2)S_(2)O_(4)还原固定可溶性铀的影响较小,在Na_(2)S_(2)O_(4)和NaHCO_(3)浓度比为1∶1至1∶1.5时修复效果最佳。

Bi_(2)O_(3)/CaFe_(2)O_(4)Z型异质结材料光催化降解氧氟沙星

利用溶剂热法合成了Z型异质结Bi_(2)O_(3)/CaFe_(2)O_(4)复合催化剂。采用多种表征手段对其晶体结构、形貌和性能进行了表征,并以氧氟沙星(OFX)为降解对象考察了Bi_(2)O_(3)/CaFe_(2)O_(4)复合催化剂的光催化活性。结果表明:Bi_(2)O_(3)负载在CaFe_(2)O_(4)表面,构建了Z型异质结构,这种结构能加速无效光生载流子的复合,促进有效光生载流子的分离,提升Bi_(2)O_(3)/CaFe_(2)O_(4)复合催化剂的可见光催化活性;Bi_(2)O_(3)/CaFe_(2)O_(4)复合催化剂对OFX的降解效果明显优于纯Bi_(2)O_(3)和CaFe_(2)O_(4)。在Bi_(2)O_(3)负载量为5%时,Bi_(2)O_(3)/CaFe_(2)O_(4)对OFX的降解效果最好,降解率可达78.7%,经过4次循环,依然可达到62.5%,说明其理化性能稳定,能够长期稳定循环使用。

ZnFe_(2)O_(4)基光催化材料的应用研究

ZnFe_(2)O_(4)半导体材料具有光催化性能和磁学性能,且性能稳定、禁带宽度窄,在环境治理领域展现出巨大的潜力。本文概述了ZnFe_(2)O_(4)半导体材料在水污染治理、无机污染物处理、灭杀细菌、能源存储、产氢、CO_(2)还原、空气污染治理和催化脱氢方面应用的研究成果,为学者对ZnFe_(2)O_(4)材料的研究提供了更为全面的思路。

Co_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)异质结复合材料的制备及其紫外光光电探测性能

分别采用旋涂法和水热法在FTO衬底上制备Co_(3)O_(4)种子层和Co_(3)O_(4)薄膜,再在Co_(3)O_(4)薄膜上水热生长Fe_(2)O_(3)纳米棒,获得了高质量的Co_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)异质结复合材料。通过改变Fe_(2)O_(3)前驱体溶液浓度来改变异质结复合材料中Fe_(2)O_(3)组分的含量。结果表明,Fe_(2)O_(3)纳米棒覆盖在呈网状结构的Co_(3)O_(4)薄膜上,随着Fe_(2)O_(3)前驱体溶液浓度即Fe_(2)O_(3)组分含量的增加,Co_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)异质结复合材料对紫外光的响应逐渐增强,当Fe_(2)O_(3)前驱体溶液浓度为0.015mol/L时,异质结复合材料有着很好的光电稳定性,并表现出较高的响应率(12.5mA/W)和探测率(4.4×10^(10)Jones)。

简易合成MgCo_(2)O_(4)纳米线及其电化学性能研究

通过水热路径引入表面活性剂十二烷基磺酸钠在泡沫镍上成功合成出比表面积较大、超薄多孔的MgCo_(2)O_(4)纳米线。研究表明,MgCo_(2)O_(4)纳米线展示出紧密交织透明的网格状结构且在5 A/g的电流密度下,比电容高达2128 F/g。在40 A/g的情况下循环6000周次后,比电容保持了原始容量的98.4%。将该纳米线和活性炭分别作为正极和负极组装成非对称超级电容器,其比电容可达65.32 F/g且在功率密度为338.95 W/kg下能量密度可达20.41 Wh/kg。上述结果表明该非对称超级电容器是一个较好的储能装置,在实际应用中拥有良好的潜力。

复合催化剂S-CuCo_(2)O_(4)的制备及其活化PMS降解CIP性能研究

采用水热法,以硫脲为硫源对CuCo_(2)O_(4)进行硫化处理合成S-CuCo_(2)O_(4),对复合催化剂S-CuCo_(2)O_(4)进行XRD、FT-IR、SEM、XPS、ICP-OES、EPR表征,并考察其活化过一硫酸盐(PMS)降解环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)的效果。实验结果表明:成功制备出S-CuCo_(2)O_(4)催化剂,在其表面富含Co(Ⅱ)和Cu(Ⅰ);当催化剂投加量为0.06 g/L、PMS投加量为0.2 g/L、pH=6.4时,复合催化剂S-CuCo_(2)O_(4)在25 min后对CIP的降解效率可达96.8%,降解效果明显优于CuCo_(2)O_(4)、CuCo_(2)S_(4)。自由基淬灭实验和EPR测试表明,SO_(4)^(-)·和^(1)O_(2)是反应体系的主要活性氧物种,其可能的催化机理是:Cu(Ⅰ)和Co(Ⅱ)能直接与PMS反应生成自由基,同时Cu(Ⅰ)能还原Co(Ⅲ)生成Co(Ⅱ),促进Co(Ⅱ)/Co(Ⅲ)循环,催化剂表面存在的氧空位也可与PMS反应生成^(1)O_(2),在活性氧物种的共同作用下CIP被高效降解。复合催化剂S-CuCo_(2)O_(4)在4次循环使用后对CIP的降解效率仍可达93.5%,证明其循环稳定性较好;对其他污染物也有较好的降解效率,具有较好的通用性,在废水处理中具有良好的应用前景。

固相反应合成MgAl_(2)O_(4)多孔纤维的研究

MgAl_(2)O_(4)纤维的主要制备方法为气相法,但该方法存在反应温度高、制备成本高以及产率低等问题。将碱式硫酸镁晶须作为模板,分别与铝溶胶或α-Al_(2)O_(3)微粉混合,通过固相反应制备了MgAl_(2)O_(4)多孔纤维,研究了热处理温度(1000、1100和1300℃)和保温时间(3、10 h)以及铝源(铝溶胶和α-Al_(2)O_(3)微粉)对MgAl_(2)O_(4)多孔纤维合成的影响。结果表明:1)与α-Al_(2)O_(3)微粉相比,以铝溶胶为铝源时,纤维中MgAl_(2)O_(4)生成量更高;2)随着热处理温度的升高,Al_(2)O_(3)与MgO逐渐反应完全,MgAl_(2)O_(4)的生成量不断增加,MgAl_(2)O_(4)多孔纤维上有小而均匀的纳米孔;3)最佳制备工艺是以铝溶胶为铝源,在1300℃保温3 h。

溶剂热法合成NiFe_(2)O_(4)纳米颗粒及其光催化降解亚甲基蓝实验

本文以3种溶剂合成了不同形貌特征的尖晶石型NiFe_(2)O_(4)纳米颗粒,并利用紫外-可见分光光度计测试了其对工业标准染料亚甲基蓝(MB)的降解效率。结果表明,使用乙二醇为溶剂合成的NiFe_(2)O_(4)纳米颗粒,催化剂用量为4g·L^(-1)、亚甲基蓝初始浓度为20mg·L^(-1)、pH值为2~4、温度为50℃、H_(2)O_(2)投加量为20mL·L^(-1),在紫外光源照射60min左右时,超过95.4%的亚甲基蓝染料被降解。表征结果表明,使用乙二醇为溶剂合成的NiFe_(2)O_(4)有着轮廓清晰的纺锤体性质,伴随着多孔性以及高透明度,可以有效地对紫外光进行吸收,更快地形成电子-空穴对,对亚甲基蓝进行分解。通过自由基淬灭实验对制备的NiFe_(2)O_(4)纳米粒子的光催化机理进行了研究,并通过重复循环实验研究了制备的NiFe_(2)O_(4)纳米粒子的稳定性。

金属有机框架衍生的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)复合材料制备及其光催化性能

金属有机框架(metal-organic framework,MOF)材料ZIF-67衍生Co_(3)O_(4)十二面体纳米块在室温下与SnO_(2)复合,制备出立方体Co_(3)O_(4)/SnO_(2)复合光催化剂.煅烧后形成的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)材料禁带宽度明显降低,荧光淬灭明显,说明Co_(3)O_(4)的加入拓展了SnO_(2)的光响应范围至可见光甚至红外光区域,同时促进了光催化反应过程中光生载流子的分离.以罗丹明B(Rhodamine B,Rh B)为目标反应物,在可见光下考察了MOF衍生的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)的光催化降解活性,发现Co_(3)O_(4)/SnO_(2)在60 min内可以降解89.6%的Rh B,分别是纯SnO_(2)和纯ZIF-67的4.5倍和3倍.同时,Co_(3)O_(4)/SnO_(2)表现出了良好的光反应能力和稳定性.基于以上实验结果并结合自由基淬灭实验,提出了MOF衍生的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)复合材料光催化降解有机染料RhB的机理.

CuFe_(2)O_(4)改性荔枝壳生物炭对水中盐酸四环素的吸附研究

为实现“以废治污”的目标,以废弃荔枝壳为原料制备生物炭(BC),并采用共沉淀法制备出CuFe_(2)O_(4)改性荔枝壳生物炭复合吸附材料(CuFe_(2)O_(4)@BC)用于水体中盐酸四环素(TCH)的去除。通过BET、SEM-EDS、XRD、FTIR分析了复合吸附材料的微观结构和理化特性,证实了CuFe_(2)O_(4)在荔枝壳生物炭上成功合成且分布均匀。考察了溶液pH、材料投加量、环境温度等因素对CuFe_(2)O_(4)@BC吸附TCH性能的影响,结果表明,相较于改性前BC,CuFe_(2)O_(4)@BC对TCH的吸附能力显著提升,且当pH=5、投加量为0.7 g/L、温度为298 K时,对20 mg/L TCH的去除率达86.34%。吸附过程更符合准二级动力学模型和Freundlich等温模型,吸附过程是以化学吸附为主导的多分子层吸附。

MgCo_(2)O_(4)@Ni(OH)_(2)纳米针的制备及其超电性能研究

采用水热和电沉积方法成功合成出超级电容器MgCo_(2)O_(4)@Ni(OH)_(2)(MCON)电极材料。在导电基底泡沫镍上,絮状的Ni(OH)_(2)包覆着针状的MgCo_(2)O_(4),改善了母体材料的结构,构成了有效的电连接,从而增强导电性能。电化学性能测试表明,该MCON表现出优秀的电化学性能,其在1 mA/cm^(2)的电流密度下,比电容高达2635.4 F/g,容量提高了72.4%,且以14 mA/cm^(2)循环1000周次后比电容保持原有容量的91.2%。将MCON与活性炭分别以正极和负极组装成非对称超级电容器,其在电流密度1 A/g下,比电容达91.8 F/g。另外,该非对称超级电容器在功率密度为2.1 kW/kg下,能量密度为28.7 Wh/kg,同时点亮红色发光二极管时长高达25 min。研究结果表明设计复合材料拥有较强的储能能力,适合作为超级电容器电极材料。

以Mn_(3)O_(4)为原料制备高性能尖晶石LiMn2O_(4)正极材料

本文实验以Mn_(3)O_(4)为锰源和Li2CO_(3)为锂源,对不同温度制备的尖晶石型LiMn2O_(4)的结构和电化学性能进行了分析研究。XRD分析测试表明在不同温度段制得的尖晶石LiMn2O_(4)均为纯相;SEM分析测试表明不同温度制得的尖晶石LiMn2O_(4)晶粒大小均匀,随着煅烧温度上升LiMn2O_(4)晶粒逐渐长大。尖晶石LiMn2O_(4)的电化学性能测试结果表明,在650~750℃范围煅烧的尖晶石LiMn2O_(4)要优于750℃以上煅烧的样品。

NiCr_(2)O_(4)化合物的磁相变临界行为

采用标准固相法制备NiCr_(2)O_(4),并对其结构、磁性能和磁相变临界行为进行研究.研究结果表明:NiCr_(2)O_(4)具有尖晶石结构;当温度低于居里温度TC时,随着磁场强度增加,磁化强度趋于饱和;当温度高于TC,随着磁场强度增加,磁化强度线性增加,NiCr_(2)O_(4)呈顺磁特征;长程和短程铁磁相互作用共存于NiCr_(2)O_(4).

NiFe_(2)O_(4)/rGO电极材料的制备及电催化HMF氧化性能研究

利用五羟甲基糠醛(HMF)电合成的2,5-呋喃二甲酸(FDCA)具有与对苯二甲酸相似的结构和性质,为开发可降解性塑料、减少白色污染提供可能。利用CO_(2)激光成功合成了NiFe_(2)O_(4)/rGO电极材料,其微观形貌呈纳米颗粒镶嵌的氧化石墨烯结构。原位拉曼光谱表明,与Fe_(5)O_(12)/rGO电极材料相比,在HMF电催化氧化过程中NiFe_(2)O_(4)/rGO表面重构为NiOOH和FeOOH物种,证实了Ni的加入使材料更易发生表面重构。表面重构的NiFe_(2)O_(4)/rGO电极材料在100 mA·cm^(-2)时过电位降低至26 mV,且较制氧反应(OER)过电位降低约182 mV。表面重构后的电极材料拥有更大的比表面积,促进了反应物与电极材料的接触。反应物的转化率、目标产物的选择性及法拉第效率分别为99.8%、99.3%和87.6%。本研究为元素加入促进催化材料表面重构进而提高HMF的电催化氧化活性提供了有效途径。

DBD等离子体协同MnFe_(2)O_(4)降解氢氯噻嗪性能研究

文章研究介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)等离子体协同MnFe_(2)O_(4)对常用药物氢氯噻嗪(hydrochlorothiazide,HCTZ)在水中的降解性能。通过溶剂热法制备磁性锰铁氧体MnFe_(2)O_(4)作为非均相芬顿催化剂,采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)分析手段对其结构进行表征。利用HCTZ模拟目标废水,分别研究不同的HCTZ初始质量浓度、溶液初始pH值、电源输入功率和MnFe_(2)O_(4)投放剂量等因素对体系降解性能的影响,结果显示随着药物初始质量浓度的提高会使降解效率持续下降,不断提升放电功率将更利于HCTZ的降解,且碱性环境会对处理过程产生抑制效应。同时研究发现,DBD/MnFe_(2)O_(4)体系下的最佳MnFe_(2)O_(4)投放剂量是50 mg,并且经5次循环使用后,体系仍能在25 min内将99%的HCTZ去除,表现出良好的重复使用性能。

轻烧MgO粉对凝胶注模法制备MgAl_(2)O_(4) 多孔陶瓷性能的影响

为了降低原料成本,简化工艺流程,提高MgAl_(2)O_(4)多孔陶瓷的性能,将Al_(2)O_(3)粉和MgO粉于1500℃保温2 h合成了MgAl_(2)O_(4)粉体,再外加轻烧MgO粉(外加质量分数分别为0.5%、1.0%、1.5%和2.0%),采用凝胶注模法于1500℃保温2 h制备了MgAl_(2)O_(4)多孔陶瓷,研究轻烧MgO粉外加量对MgAl_(2)O_(4)多孔陶瓷结构和性能的影响。结果表明:1)以轻烧MgO粉作为固化剂制备的MgAl_(2)O_(4)多孔陶瓷烧后线收缩率较小,具有较好的尺寸稳定性,且孔径主要分布在0.5~2.0μm;2)随着轻烧MgO粉外加量的增加,MgAl_(2)O_(4)多孔陶瓷的显气孔率和气通量增加,显微结构较均匀;3)当轻烧MgO粉外加量(w)为2.0%时,MgAl_(2)O_(4)多孔陶瓷的综合性能最佳。

花状MgCo_(2)O_(4)@CoMn LDH复合材料的制备与性能研究

超级电容器(SCs)因其功率高、稳定性能好和快速的充放电能力,在储能设备领域受到广泛关注。采用水热法结合电沉积法合成花状MgCo_(2)O_(4)@CoMn层状双氢氧化物(LDH)复合材料。得益于MgCo_(2)O_(4)和CoMn LDH异质界面间的协同作用,改善了复合材料的电子传输;此外,低结晶度CoMn LDH的成功复合提供了良好的亲水性和活性位点;电化学测试中,复合材料在4.5 mg/cm^(2)的高负载量下,表现出1 501.8 F/g的高比电容,并且在20 A/g的电流密度下循环3 000次后,比电容保持率为82.98%,展示了其优异的循环稳定性。结果表明MgCo_(2)O_(4)@CoMn LDH复合材料可用作电化学储能的电极材料之一。