氧化锆陶瓷超声辅助磨削材料去除机理试验研究

为研究超声振动作用对先进陶瓷磨削材料去除机理的影响,文章在超声振动方向垂直于磨削表面条件下,采用钎焊磨头对氧化锆陶瓷开展了超声辅助磨削(ultrasonic assisted grinding,UAG)试验。基于磨削表面微观形貌、磨削力和磨削比能分析,对变磨削深度条件下普通磨削(conventional grinding,CG)与超声辅助磨削的材料去除机理进行了对比。结果表明:当磨削深度低于10μm时,两种方法对应的表面材料去除机理均以塑性去除为主,且普通磨削表面伴有片层状破碎,而超声辅助磨削表面则存在尺寸细小的纹路状微破碎,同时磨削力与磨削比能也较低。当磨削深度超过10μm后,材料去除机理均转变为脆性断裂模式,且加工表面出现微裂纹,但相同条件下超声辅助磨削表面微裂纹尺寸较小。

g-C_(3)N_(4)/PCN-224“壳-核”结构异质结压电-光催化协同高效制备过氧化氢

相比于传统的蒽醌法,光催化、压电催化或压电辅助光催化法制备过氧化氢(H_(2)O_(2))对于推进清洁能源的开发和利用具有重要意义.石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))具有可见光催化合成H_(2)O_(2)的活性,其中材料内部生成的1,4-内过氧化物可有效提高双电子氧还原(2e--ORR)的选择性.然而,g-C_(3)N_(4)的本征结构性质导致其在催化制备H_(2)O_(2)过程中受到很多因素的限制,如存在光生载流子易复合、可见光响应范围窄、比表面积小导致传质效率低等问题.在众多针对g-C_(3)N_(4)的改性策略中,通过科学筛选并选择合适的功能材料与g-C_(3)N_(4)构建异质结构可有效解决上述问题.其中,卟啉基金属有机骨架材料PCN-224的带隙值(Eg=1.65 eV)较小,这使得其具有良好的光响应性能.同时,该材料拥有较大的比表面积(1310.5 m^(2)g^(-1))和丰富的孔道结构,这显著提升了传质效率.此外,PCN-224配体中的吡咯结构能够作为路易斯活性位点,有效促进分子氧的吸附,从而提升催化剂催化ORR制备H_(2)O_(2)的效率.本文采用简便的机械球磨法制备了g-C_(3)N_(4)/PCN-224(简称为CP-x,x代表异质结催化剂中PCN-224的质量百分含量)异质结材料.为促使光生空穴与电子在异质界面实现定向迁移与高效分离,进一步构建了压电-光催化协同反应体系.粉末X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱等表征结果表明,PCN-224与g-C_(3)N_(4)之间形成了紧密的异质结构.紫外-可见漫反射光谱结果表明,相比于g-C_(3)N_(4),CP-x异质结材料具有更宽的光谱响应范围和更大的比表面积(最高达到442.6 m^(2)g^(-1)),更有利于传质过程.最佳材料CP-5催化制备H_(2)O_(2)的产率达到4.86 mmol g^(-1)h^(-1),优于大多数现已报道的g-C_(3)N_(4)基和MOFs基功能材料.通过压电力显微镜和开尔文压电力显微镜等表征技术进一步验证了CP-5异质材料具有压电特性.自由基捕捉、活性物质定量、电子自旋共振波谱和电化学测试等结果表明,PCN-224与g-C_(3)N_(4)之间良好的能带匹配度有利于提升CP-x催化制备H_(2)O_(2)的活性与选择性.本文还采用天然雨水作为质子来源,并在相同条件下进行实验.结果发现,H_(2)O_(2)产率仍能达到2.78 mmol g^(-1)h^(-1).此外,本研究制备的H_(2)O_(2)溶液对大肠杆菌表现出了良好的灭活效果.对比空白实验组,添加400μL反应后H_(2)O_(2)溶液的实验组对大肠杆菌的灭活效率达到了100%.结合理论计算确定了H_(2)O_(2)催化制备过程中H+和O_(2)等关键底物在CP-x异质材料上的吸附位点与吸附能,并分析了ORR过程中关键中间产物(O_(2)^(*),H^(*),OOH^(*))的吉布斯自由能,阐明了PCN-224与g-C_(3)N_(4)协同强化制备H_(2)O_(2)的反应机制.综上,本研究通过构建g-C_(3)N_(4)/PCN-224异质结材料,实现了高效催化制备H_(2)O_(2),并阐明了其协同催化的反应机制.本文结果将对MOFs基功能材料在压电-光催化制备H_(2)O_(2)领域的发展与应用提供参考.

层状结构BiOBr的形成机理及其光催化降解抗生素性能

通过水热合成法片层结构溴氧化铋(BiOBr)颗粒,探究其形成机理,并在氙灯光照下以喹诺酮类抗生素诺氟沙星(NOR)为降解底物,考察BiOBr形貌结构变化对光催化性能的影响。X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析确认BiOBr制备成功。结果表明,水热合成条件下制备的BiOBr为片层结构,随反应溶液pH值的增加,颗粒尺寸逐渐变小,且分散性越来越差,吸收带边发生蓝移,禁带宽度变大。分析水溶剂环境下片层BiOBr的形貌变化生长机理,当pH=1时,BiOBr形貌为均匀的片状结构,宽度为(3~5)μm,禁带宽度为2.93 eV,表现出最佳的光催化活性,光催化反应60 min后,NOR的降解率达到87.2%,最高降解速率常数为3.31×10^(-2)min^(-1)。

全氟辛酸光催化材料应用及降解机理研究进展

全氟辛酸(PFOA)是一种广泛存在于环境介质中的典型全氟化合物,具有高毒性、难降解等特点,严重威胁生态环境安全及人类遗传、免疫、神经和生殖健康,其环境危害和风险防控引起广泛关注。光催化技术具有反应条件温和、处理效率高、应用成本低且无二次污染等优势,在PFOA的降解处理方面具有广阔应用前景。为研发活性强、可见光吸收性能好、稳定性高的新型光催化材料,实现水中PFOA的高效降解,系统梳理了近20年来PFOA光催化降解材料制备的相关研究,对不同光催化降解材料的降解特性及存在问题进行全面分析;结合现有材料对PFOA的光催化降解,总结光催化降解材料的反应机理及活性增强机制,阐明PFOA的光催化降解路径。

乙二醇条件下球状结构BiOBr的形成机理及光催化性能研究

采用乙二醇溶剂热法制备了球状结构的溴氧化铋(BiOBr),通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等技术方法对样品进行了表征分析,探究了其形成机理,并在氙灯光照下以诺氟沙星(NOR)为降解底物,探讨了结构变化对BiOBr光催化性能的影响。结果表明:乙二醇条件下制备的BiOBr为球状结构,随反应溶液pH的增加,尺寸逐渐变小,且分散性越来越差,吸收带边发生蓝移,禁带宽度变大。得出了乙二醇溶剂环境下球状BiOBr的生长机理,并证明当pH为3时,制备的BiOBr-e3样品形貌为均匀的球状结构,直径为5μm左右,禁带宽度为2.71eV,表现出最佳的光催化活性。

外场辅助光催化机理及降解有机污染物研究进展

光催化技术能够利用太阳能生成自由基对有机污染物进行矿化降解,具有绿色、节能、无污染的优势,被认为是最有前景的高级氧化技术,目前研究集中于提升光催化技术的降解效率。而采用电场、超声场等外场辅助的方法能够通过提高溶液传质效率、抑制载流子复合、提高自由基产率等途径,进一步提高光催化效率。综述了电场、热场、微波场、超声场、磁场5种外场各自辅助光催化降解有机污染物的研究进展和应用现状,重点介绍了外场提升光催化降解效率的主要机理,归纳了每种外场辅助技术的优缺点,对其在应用中面临的问题进行总结,并对未来研究和发展方向进行了展望。

甲醛光催化氧化的反应机理

采用程序升温脱附（ TPD） ,电子自旋共振（ ESR）及自旋捕获-电子自旋共振 (ST-ESR)等物理方法对甲醛光催化氧化过程中 ,反应物的吸附状态、自由基中间物种及反应机理进行了研究 .结果表明 ,在光催化氧化空气中微量甲醛的反应条件下 ,吸附在催化剂表面的空气中的氧气被光生电子还原为· O－ 2,微量水被空穴氧化为· OH.二者为甲醛的深度氧化提供了高活性的氧化剂 .甲醛是通过中间产物甲酸而氧化为终点产物二氧化碳的 .

纳米二氧化钛的光催化机理及其在有机废水处理中的应用

本文分析了二氧化钛光催化降解环境污染物的典型催化机理,论述了通过表面改性特别是非金属掺杂后,二氧化钛对自然光响应范围显著提高的一些理论观点。对近年来二氧化钛在主要污染源工业有机废水净化处理中的应用成果进行了评述,对二氧化钛光催化材料的发展趋势进行了展望。

废水中染料的TiO_2光催化氧化降解机理研究现状

系统论述了废水中TiO2光催化氧化降解染料的机理、动力学机制、染料的反应活性、研究中间降解产物的方法和结果等的研究现状,指出了目前研究中最大难点是分析手段的不足,对此提出了自己的看法,这为今后实际废水处理工艺过程中起到指导控制作用。

甲醇在纳米TiO_2作用下进行光催化氧化反应的机理研究

以纳米TiO2 为催化剂 ,以主波长为 36 4nm的汞灯为光源 ,用气相色谱法分别考察了 0 .1mol/L的甲醇、甲醛和甲酸水溶液进行光催化氧化反应的动力学规律 .Langmuir Hinshelwood方程进行核算结果证明 ,该组反应均为零级反应 .用TEM、XRD、SSA和XPS对催化剂进行表征 .根据XPS的检测结果提出了甲醇光催化氧化的反应机理 .TiO2 光激发活化时间约为 30～ 6 0min ,生成物及剩余反应物浓度随时间变化的曲线表明 ,该反应速率为HCH2 OH <HCHO <HCOOH ,XPS法检测到了反应的中间产物 ,可推断出HCH2 OH的氧化步骤 .

纳米TiO_2光催化氧化乙醇反应机理的研究

以纳米TiO2 为催化剂 ,主波长为 36 4nm的汞灯为光源 ,通过气相色谱测定反应物和生成物的浓度变化 ,分别研究了体积量浓度为 0 1mol·L- 1 的CH3CH2 OH、CH3CHO和CH3COOH水溶液进行光催化氧化反应的速率。经Langmuir Hinshelwood方程进行核算 ,证明该组反应均为零级反应。TEM、XRD、SSA和FT IR PAS对催化剂进行了表征。根据FT IR PAS的检测结果提出了CH3CH2 OH光催化氧化反应的机理 :CH3CH2 OH [O] CH3CHO[O] CH3COOH [O] 碳 碳键断开[O] … [O] CO2 +H2

光催化型金属氧化物抗菌剂的研究进展

随着人们对健康的重视程度越来越高,尤其是近几年受到新冠疫情的冲击,抗菌材料的研究和应用逐渐成为研究的热点。在材料中添加抗菌剂是最常见、最简便有效的加工方法。抗菌剂的活性对抗菌材料的效果和使用产生很大的影响。光催化型金属氧化物抗菌剂具有抗菌效果高、持效性强等优势。本文阐述了光催化型金属氧化物抗菌剂的抗菌机理、种类及应用,重点介绍了无机抗菌剂中的金属氧化物及掺杂型金属氧化物光催化抗菌剂的研究现状及目前存在的问题,展望了未来光催化型金属氧化物抗菌剂的应用前景和研究方向。

构筑Z型MnO_(2)/BiOBr异质结用于光催化环丙沙星去除和CO_(2)还原

日益严峻的能源短缺以及生态环境污染问题已成为引发全球持续关注的焦点问题,这严重影响了人类自身健康和社会可持续发展。多种技术被开发出来用于实现新能源开发和污染物控制,其中,光催化因其具有低耗能、无二次污染、操作流程简单、温和的反应条件等优点成为环境治理与能源催化领域的研究重点。不过值得注意的是,光催化技术尽管在抗生素的高效去除和CO_(2)还原领域的应用方兴未艾,但其工业化应用和大规模推广始终受限于光催化剂的光吸收效率、氧化还原能力和光生电子分离或迁移效率等诸多因素。基于当前光催化剂的组成/结构调控及其催化性能研究,探索高效实用的改性策略构筑性能更加优化的复合结构光催化剂,使光催化剂发挥出更高的光吸收/利用以及光催化表/界面反应性能是亟待解决的关键问题。在常见的改性策略中,Z型异质结构构筑不仅明显可以提高光吸收能力和显著降低光生电子空穴复合率,更重要的是,还可以保持光生电子/空穴的强还原/氧化能力来实现环境污染物去除和清洁能源转化。在本文中,采用机械辅助球磨法构建了MnO_(2)/BiOBr (MO/BiOBr) Z型异质结复合材料。在黑暗和光照条件下进行的原位X射线光电子能谱(XPS)测试可以证实MnO_(2)中的光生电子可以通过Mn3+/Mn4+氧化还原电对实现向BiOBr的定向迁移,以构建Z型载流子转移路径。通过电子自旋共振谱(ESR)和能带结构分析也可以推导出类似的结论。基于MnO_(2)中存在的Mn^(3+)/Mn^(4+)氧化还原电对以及MnO_(2)与BiOBr材料交错的能带位置,MnO_(2)和BiOBr材料可以构筑Z型异质结以实现氧化中心和还原中心的空间分离。此外,通过紫外可见光吸收光谱(UV-Vis DRS)和稳态荧光光谱(PL)分析相比较于BiOBr,MO/BiOBr复合材料具有增强的光吸收和显著降低的光生电子-空穴复合率。因此,MO/BiOBr复合材料表现出优异的光催化环丙沙星(CIP)氧化和CO释放性能。MO/BiOBr复合材料的CIP去除率在60min时可达77.3%,是BiOBr(60.2%)的1.28倍。同时,MO/BiOBr复合材料(20.02μmol·g^(-1)·h^(-1))的光催化CO生成性能是BiOBr (9.08μmol·g^(-1)·h^(-1))的2.2倍。光电流和电化学阻抗分析表明,相比于MnO_(2)和BiOBr单体,构筑的MnO_(2)/BiOBr Z型异质结具有更高的界面电子转移效率。此外,选用液相质谱联用光谱(LC-MS)和原位傅里叶变换红外光谱(in situ FTIR)对光催化CIP去除和CO_(2)还原过程的中间体生成路径进行分析。并通过毒性评估软件(T.E.S.T.)计算CIP和在MO/BiOBr复合材料光催化降解CIP过程中产生的中间体对应的大型溞的48 h半数致死浓度、黑头软口鲦的96 h半数致死量、致突变性和生物累积因子来评估CIP和相应中间体的实际生理毒性。因此,本研究提供了一种简便方法来构筑Z型异质结以实现太阳能驱动的高效抗生素去除和燃料合成。

Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@TiO_(2)/Ag核壳结构微球的制备及其光催化抗菌性能研究

以Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)核壳结构磁性微球为载体,采用一步溶剂热法反应,在其表面包裹一层Ag纳米粒子修饰TiO_(2)外壳(TiO_(2)/Ag),获得具有双壳层结构的Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@TiO_(2)/Ag复合光催化材料.Fe_(3)O_(4)磁性内核的存在为该复合光催化剂的磁分离回收、重复利用提供了可能性.利用XRD,XPS,SEM,TEM,VSM等技术表征了材料的组成、结构、形貌及磁性能.通过考察钛酸四丁酯(TBOT)和AgNO_(3)用量的改变对Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@TiO_(2)/Ag形貌、磁性特征及光催化抗菌性能的影响,确定了最佳合成条件.实验表明:通过在抗菌实验体系中分别加入捕获剂叔丁醇和溴酸钾,明确了光催化产生的超氧自由基(·O_(2)^(-))和羟基自由基(·OH)在抗菌过程中的主次作用;Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@TiO_(2)/Ag样品与相同条件下所得的Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@TiO_(2)样品相比,具有更高的光催化抗菌活性.光催化性能增强的作用机制是负载于TiO_(2)表面的金属银作为捕获光生电子的陷阱,可以抑制TiO_(2)中光生电子和空穴的复合,有效提高它们与环境氧反应形成强氧化性的·O_(2)^(-)和·OH,参与杀菌反应过程.

二氧化钛薄膜上三氯乙烯光催化氧化反应机理

研究了二氧化钛薄膜上三氯乙烯 (TCE)气相光催化氧化的反应机理 .结果表明 ,TCE气相光催化氧化反应生成的氯气可引发TCE的连锁反应 .当添加氯气的浓度相同时TCE表面光催化反应的初速率约为光化学反应初速率的 2倍 ,说明连锁反应主要发生在催化剂表面 .氯可吸附在催化剂表面 ,作为电子的接受体抑制空穴与电子复合 ,提高TiO2 光催化剂的活性 .除了TCE与吸附在催化剂表面的·OH的相互作用及反应产物 /中间产物二氯乙酰氯的光催化分解可生成氯气以外 ,光气在与氯气共存时的光分解也有利于氯的生成 .

光催化氧化后四环素的分解率与COD去除率之间关系的探讨

以粉状无机半导体（ＺｎＯ）为催化剂，探讨了水溶夜中四环素经光催化氧化后分解率和ＣＯＤ去除率之间的关系。实验表明，在本实验中四环素的分解率和ＣＯＤ去除率之间有较好的正相关性，当反应系统中有足量的活性催化剂和足够的光照时间时，绝大部分四环素将被较彻底地氧化分解成ＣＯ２，这不仅有助于光催化反应机理的研究，也有助于今后在环保中的实际应用。

掺铁二氧化钛光催化氧化罗丹明B溶液的反应机理初探

用UV Vis、MS进行了掺铁二氧化钛光催化降解罗丹明B溶液的研究,初步证明罗丹明B在不同酸度条件下制备的二氧化钛催化剂的作用下遵循不同的光催化反应机理.

单晶SiC的电助光催化抛光及去除机理

为满足电子半导体等领域对SiC超光滑、无损伤和材料高效去除的要求,提出了电助光催化抛光SiC的新方法。研究了光催化剂种类及其pH值对抛光液氧化性和抛光效果的影响,讨论了材料的去除机理。结果表明:以p25型TiO_2为光催化剂配制抛光液所获得的最大氧化还原电位为633.11 mV,材料去除率为1.18μm/h,表面粗糙度Ra=0.218 nm;抛光后SiC表面氧化产物中,Si-C-O、Si-O和Si_4C_4O_4的含量明显增加,SiC表面被氧化并被机械去除是主要的材料去除方式。

胶体碳球制备新型Sn/Se共掺杂TiO_(2)及其光催化性能

TiO_(2)的光催化性能改性是水污染治理和光催化领域研究的重点方向。为了增强TiO_(2)的光催化性能,以胶体碳球为模板,采用水热-煅烧法首次制备了TiO_(2)空心球、硒掺杂二氧化钛(Se-TiO_(2))空心球和锡/硒共掺杂二氧化钛(Sn/Se-TiO_(2))空心球。同时,对Sn/Se-TiO_(2)空心球的形貌、结构以及元素组成进行了表征,并以罗丹明B为模拟污染物,评价了样品的光催化性能。结果表明:TiO_(2)为单一的锐钛矿相,Sn和Se成功地掺杂进入了TiO_(2)晶格中;Sn/Se共掺杂形成了缺陷能级,降低了禁带宽度和电子-空穴对的复合几率,提高了可见光的响应范围。当Se掺杂2.0%(物质的量分数,下同),Sn掺杂0.5%时,样品光催化性能最好,去除率为76.92%。同等条件下空心球的光催化去除率:TiO_(2)<Se-TiO_(2)<Sn/Se-TiO_(2),说明Sn/Se共掺杂TiO_(2)空心球成功提高了TiO_(2)的光催化性能。

纳米TiO_2光催化氧化甘氨酸及其氧化机理的研究

研究了纳米TiO2对甘氨酸的光催化氧化性能及其氧化机理.结果表明,在实验浓度范围内,甘氨酸的光催化氧化符合准一级动力学反应.纳米TiO2的用量和溶液pH值都影响光催化反应.外加无机氧化物,能有效地捕获光致电子,增加溶液中羟基自由基的浓度,提高甘氨酸的光催化氧化能力.