改性TiO_(2)在光电协同下处理偶氮染料废水的研究进展

偶氮染料(AZO)是一类难被生物降解的水溶性高分子有机物,近些年来,由于良好的染色性能被广泛应用于印染等相关行业,但AZO废水一旦排入自然水体将会造成重大的环境污染问题。本文主要介绍了不同类型的改性TiO_(2)对AOZ废水的处理效果并分析了作用原理,对比分析了单一TiO_(2)与改性TiO_(2)的优缺点,积极探索改性TiO_(2)催化剂的催化机理,解析金属和非金属掺杂在其中的具体作用,为今后更加精准地控制掺杂金属或者非金属比例、提高催化剂效率提供科学依据和技术支持。

复合改性纳米TiO_(2)催化降解五氯苯酚的试验研究

为了探究纳米C-Co/TiO_(2)催化剂降解五氯苯酚的动力学特性,采用溶胶-凝胶法,制备了C、Co双元素掺杂复合改性的纳米C-Co/TiO_(2)催化剂。利用XRD、SEM-EDS、UV-vis进行表征分析,结果表明:掺杂C、Co元素后,纳米C-Co/TiO_(2)晶型未发生改变,特征峰强度增强,晶体结晶性好,粒径约为12.08 nm;催化剂表面呈现球状堆积形貌,比表面积大,有利于反应物吸附脱附;与纯TiO_(2)相比,催化剂带隙能降低,对可见光的响应性增强。结合降解过程中产物的紫外吸收光谱,探究五氯苯酚的催化降解机理。根据试验检测结果,分析拟合初始浓度与降解速率的线性关系,得到光催化降解五氯苯酚的L-H模型动力学方程:r0=0.38491 0.0951C_(0)/1+0.0951C_(0)。

TiO_(2)基光催化剂的负载改性方法研究进展

TiO_(2)由于比表面积大、化学性质稳定、具有较高光催化活性等优点,在环境治理保护、光催化降解污染物等方面广泛应用。但其禁带宽度较大,只能吸收紫外光,且光生电子-空穴对再复合率较高,使其对太阳光的利用率大大降低,从而限制了其大规模的工业化应用。因此,如何进一步提高TiO_(2)半导体材料的光催化效果以及对太阳光的利用率备受研究者关注。对TiO_(2)的负载改性方法如非金属元素负载、金属元素负载、半导体复合改性以及染料敏化改性等方面的研究进展进行了综述。

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。

改性油基TiO_(2)纳米流体的稳定性优化

为了制备出具有高稳定性的TiO_(2)/油纳米流体,通过控制改性剂种类、改性剂用量、改性温度三个变量设计了正交实验来探究改性TiO_(2)纳米颗粒的最佳方案。在9组正交实验中,吸光度结果表明,在50℃条件下使用2mL十六烷基三甲氧基硅烷改性TiO_(2)纳米颗粒,制备出的纳米流体具有最好的稳定性,在室温条件下放置10周后依旧能够保持稳定。通过接触角测试发现,该方法制备出的TiO_(2)纳米颗粒与去离子水之间的表面接触角从12.4°增加到143.3°,具有极强的疏水亲油性,有利于TiO_(2)纳米颗粒在导热油中的分散。此外,对正交实验结果进行分析,得出:最佳改性剂剂量为1mL,最佳改性剂种类为十六烷基三甲氧基硅烷,最佳改性温度为50℃。改性剂种类对纳米流体稳定性结果的影响最大,改性剂剂量对纳米流体稳定性的影响最小。

纳米TiO_(2)光触媒材料的制备及其改性的研究进展

光催化和光触媒技术已成为解决环境污染,清洁能源等领域的研究热点。近年来,研究人员在改性制备纳米TiO_(2)以提高其光催化光触媒效率及稳定性方面发展迅速。综述了光触媒纳米TiO_(2)的制备及其改性的方法,重点介绍了固相法、气相法、液相法等制备方法和特点,并对制备原理进行了阐述。在改性过程中,通过贵金属沉积、离子掺杂、半导体复合等方式来提高纳米TiO_(2)的光催化活性,并对其制备工艺进行了简单的总结。

纳米TiO_(2)/TLA复合改性沥青及混合料性能研究

为研究纳米TiO_(2)、TLA对SBS改性沥青及其混合料性能的影响,确定最优组合方案,通过针入度、软化点、延度、黏度、剪切流变及弯曲流变等试验,研究复合改性沥青的常规性能及高低温流变性能,并对复合改性沥青混合料的路用性能进行评价分析。结果表明:TLA或纳米TiO_(2)掺入后会降低SBS改性沥青针入度和延度,提高软化点和黏度,其中TLA影响较大,且TLA掺量不宜大于25%;纳米TiO_(2)可提高沥青胶结料的高温抗剪切变形能力,但同时降低沥青胶结料低温流变性能,其掺量不宜超过2%;TLA和纳米TiO_(2)在提高沥青混合料抗高温车辙能力和抗水损害性能方面效果显著,但同时TLA会明显降低其低温性能,纳米TiO_(2)影响很小。考虑综合性能推荐2%纳米TiO_(2)、25%的TLA的组合为最优方案。

化妆品用纳米TiO_(2)的制备及改性研究进展

纳米二氧化钛(TiO_(2))是一种重要的功能性材料,因具有优异的紫外吸收性、良好的遮盖性和抗菌性在化妆品、医疗等领域具有广泛应用。制备方法不同所得纳米TiO_(2)晶型、粒度、性能均存在差异,化妆品用纳米TiO_(2)需具有良好的分散性、耐候性及广谱紫外吸收性能。因此,旨在综述其常见制备方法及改性方法,根据化妆品功效发展趋势预测化妆品用纳米TiO_(2)改性研究方向。

基于响应曲面法的TiO_(2)/ZnO/BF改性沥青混合料性能分析

探究玄武岩纤维掺量、纳米TiO_(2)/ZnO掺量和油石比对沥青混合料的路用性能的影响,依据最优解制备复合改性沥青混合料,通过车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和四点弯曲疲劳试验进行路用性能验证。结果表明,复合改性沥青混合料最优配比为:纳米TiO_(2)/ZnO掺量3.99%,玄武岩纤维掺量6.16%,油石比5.44%。此方案下复合改性沥青混合料路用性能显著提升,相比于基质沥青和仅采用玄武岩纤维的改性沥青混合料,其水稳定性和高温性能提升最为明显。在不同应变条件下,复合改性沥青混合料疲劳寿命均为3种混合料中最大值,但其低温性能相较于仅采用玄武岩纤维的改性沥青混合料提升较小。

纳米ZnO/TiO_(2)对玄武岩纤维改性沥青性能影响

为提升沥青结合料的路用性能,采用玄武岩纤维、纳米ZnO和纳米TiO_(2)复配复合改性沥青。通过三大指标、布氏旋转黏度和温度扫描试验对复合改性沥青基础性能及流变性能进行研究,采用薄膜烘箱老化试验(TFOT)和压力容器老化试验(PAV)模拟沥青不同老化状态,分析复合改性沥青抗老化性能。结果表明,随着纳米ZnO和纳米TiO_(2)掺量增加,改性沥青针入度、软化点及黏度均增大,其高温性能得到改善;复合改性沥青的车辙因子G^(*)/sinδ和疲劳因子G^(*)•sinδ均有明显提高,其抗车辙性能提升,抗疲劳性能下降;对比不同老化状态下沥青的复数模量、疲劳因子-温度关系曲线,其抗老化性能随纳米复合改性剂掺量的增加而提高;通过综合比选,推荐纳米复合改性剂最佳掺量为4%。

纳米TiO_(2)光催化降解室内挥发性有机物的研究进展

随着人们生活水平的提高,室内空气质量越来越受到关注。挥发性有机物(VOCs)是影响室内空气质量的有害气体。因此,对于室内VOCs的有效去除已经成为空气治理中的研究热点。TiO_(2)光催化剂具有光转换和无二次污染等特点被广泛应用于治理VOCs领域中。然而其在可见光范围内的响应较弱和光生电荷载流子的分离效率低等问题,限制了其光催化降解效果。对TiO_(2)进行改性处理是当下改善其光催化作用的必要手段。简单介绍了TiO_(2)光催化的基本原理,基于光催化原理概述影响TiO_(2)光催化性能的因素,对近年TiO_(2)的改性设计研究进行归纳总结,同时表明了TiO_(2)降解室内VOCs具有广阔的应用前景。

PEG/GO/TiO_(2)纳米复合材料改性PVDF膜的制备及其抗污性能

为改善聚偏氟乙烯(PVDF)膜的抗污性能,以聚乙二醇2000接枝的GO/TiO_(2)(PEG/GO/TiO_(2))纳米复合材料为添加剂,通过非溶剂诱导沉淀相分离法制备了一系列PEG/GO/TiO_(2)/PVDF复合超滤膜。采用FTIR、SEM和接触角测试仪对其结构和形貌进行了表征,采用超滤法评价其纯水通量和抗污性能。结果表明,当PEG/GO/TiO_(2)纳米复合材料质量分数为0.60%时,制备的PEG/GO/TiO_(2)/PVDF复合超滤膜(记为0.60%PEG/GO/TiO_(2)/PVDF)表现出最佳的亲水性和抗污性能,其接触角比PVDF膜下降8.2°,总孔隙率增加13.40%,PEG/GO/TiO_(2)纳米复合材料在PVDF膜中分散较均匀。在0.08 MPa的工作压力下,0.60%PEG/GO/TiO_(2)/PVDF的纯水通量高达282.44 L/(m^(2)·h),对腐植酸溶液的过滤通量为131.96 L/(m^(2)·h),水力清洗后的纯水通量为194.98 L/(m^(2)·h),分别为PVDF膜[133.80 L/(m^(2)·h)、90.50 L/(m^(2)·h)、109.57 L/(m^(2)·h)]的2.1倍、1.5倍和1.8倍。因此,PEG/GO/TiO_(2)纳米复合材料作为一种有效添加剂显著提高了PVDF膜的抗污性能。

TiO_(2)/有机硅溶胶改性含氟苯丙乳液的制备及性能表征

为改善含氟苯丙乳液的疏水性、热稳定性及力学性能,以钛酸丁酯(TBT)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)为原料,通过溶胶-凝胶法制备出TiO_(2)/有机硅溶胶(TS),并将其与丙烯酸丁酯(BA)、苯乙烯(ST)、甲基丙烯酸十二氟庚酯(G04)及其他丙烯酸类功能单体作为主要原料,通过半连续加料法及种子乳液聚合,制备出一种TiO_(2)/有机硅溶胶改性的含氟苯丙乳液(TS-BHSAG)。探讨了不同TS含量对乳液转化率的影响,利用FTIR、纳米粒度仪、稳定性分析仪、XPS、XRD、SEM、AFM、TGA表征研究了乳液及乳胶膜的结构组成及应用性能。结果表明,当TS含量逐渐增加时,乳液转化率及稳定性呈持续下降趋势;随着TS含量增加,乳液平均粒径从55.58 nm增至106.16 nm;FTIR及XPS结果显示,TS-BHSAG乳胶膜中形成了Si-O-Si、Si-O-Ti、CF2键,证实TS被初步合成,且其与G04一起被引入聚合物中;XRD结果表明,TS是以无定形相分散于丙烯酸树脂基体中;通过SEM与AFM观察到,TS纳米粒子在乳胶膜表面构成峰状粗糙结构,增强了乳液的疏水性能;TGA结果表明,在热失重为10%及50%时,TS-BHSAG的热分解温度分别为380.59℃、415.39℃,在600℃时,乳胶膜的残余质量分数从4.78%增加到8.56%;当TS添加量为3%时,TS-BHSAG乳胶膜的接触角为121°,附着力为1级,耐冲击性能为50 cm,硬度为2H,吸水率为6.1%。

石墨烯改性TiO_(2)催化臭氧氧化降解p-CBA的研究

采用碳化热解法在TiO_(2)催化剂表面制备石墨烯层,并对其进行XRD、Raman、NH_(3)-TPD、BET、pH_(zpc)等表征。以对氯苯甲酸(p-CBA)为目标物,考察石墨烯改性TiO_(2)在催化臭氧氧化过程中的效能。结果表明,热解温度、碳源投量、固化剂投量等因素对催化剂的活性有较大影响。负载石墨烯层可显著增加TiO_(2)催化剂的比表面积,并使其表面酸性增强,因而提高其催化臭氧氧化活性。另外,考察了溶液pH、叔丁醇对改性TiO_(2)催化臭氧氧化过程的影响。溶液pH为6时,对氯苯甲酸的去除率最低。叔丁醇严重抑制了对氯苯甲酸的降解反应,间接证明了羟基自由基是催化臭氧氧化过程中的主要活性氧化物种。重复使用实验结果表明,改性后的催化剂具有良好的稳定性。

掺杂形式对TiO_(2)光催化活性的影响

以硼酸、尿素、硫脲为前驱体,采用溶胶-凝胶法对TiO_(2)进行表面掺杂改性,制备了B、N、S掺杂量不同的B-TiO_(2)、N-TiO_(2)、S-TiO_(2)光催化复合材料,在模拟太阳光下降解罗丹明B(RhB),研究了掺杂形式对TiO_(2)光催化活性的影响。扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪分析结果表明,硼元素以B 3+价态渗入TiO_(2)晶格中,氮原子进入TiO_(2)晶格中形成间隙掺杂,而硫与TiO_(2)晶格化合取代氧形成S—Ti键,降低了TiO_(2)的带隙能。以质量浓度10mg/L RhB的光催化降解为靶向反应,考察了复合材料对RhB的降解率。结果表明:当硼掺杂量为6.0%(摩尔分数)、氮掺杂量为4.0%(摩尔质量分数)、硫掺杂量为0.25g时,B-TiO_(2)、N-TiO_(2)、S-TiO_(2)光催化性能最好,RhB降解率分别达到88.3%、93.6%和94.9%。掺杂形式影响光催化活性顺序为替换TiO_(2)晶格氧>间隙掺杂TiO_(2)>取代TiO_(2)晶格Ti。

TiO_(2)粒径对TiO_(2)/聚脲超疏水涂层机械稳定性和防覆冰性能的影响研究

目的研究改性TiO_(2)粒径对TiO_(2)/聚脲超疏水涂层机械稳定性和防覆冰性能的影响,解决低温环境下风机叶片结冰问题。方法采用有机无机粒子共混,以改性纳米TiO_(2)和聚天门冬氨酸酯聚脲(PAE聚脲)为材料,利用一步法构建TiO_(2)/PAE聚脲超疏水涂层。开展耐酸碱性、耐磨性、静态防覆冰、动态防覆冰、覆冰黏结强度等实验研究,并应用在真实风电场。结果超疏水涂层的机械稳定性、防覆冰性能随着粒径增大而逐渐变差。当TiO_(2)粉末粒径为100 nm时,接触角为(162.4±2.1)°,滚动角为(3.8±0.7)°;经过250次磨损,接触角为(158.8±0.31)°,滚动角为(7.3±0.1)°;经过14 d的酸碱耐候性实验,超疏水涂层仍具有超疏水性,酸性和碱性溶液皆会导致涂层受损,碱性溶液对涂层腐蚀作用更强;机械稳定性较强、防覆冰性能较优。涂有超疏水涂层的风机在冻雨天平均比空白风机平均多运行255 min,对一台2 MW机组来讲,相当于多产生8500 kW·h的电能。结论制备的超疏水涂层具备优良的机械稳定性与防覆冰性能,推动了超疏水涂层在风机叶片被动防覆冰领域的应用。

硅烷偶联剂改性TiO_(2)掺杂对绝缘纸中水分子扩散行为的影响

在变压器绝缘纸的改性研究中,纳米粒子和水分含量均是影响绝缘纸绝缘性能的重要因素,然而有关硅烷偶联剂改性TiO_(2)掺杂对绝缘纸中水分子扩散行为的影响尚未可知。采用分子动力学方法,建立了3种硅烷偶联剂改性前后TiO_(2)与绝缘纸的纳米尺度界面模型(未改性TiO_(2)/绝缘纸、KH570改性TiO_(2)/绝缘纸、KH792改性TiO_(2)/绝缘纸),并对不同界面模型中水分子的扩散行为进行动力学计算。结果表明,在未改性TiO_(2)/绝缘纸的界面模型中水分子的扩散系数最大,质心运动范围最广,且界面附近水分子分布最少;而在KH570和KH792改性TiO_(2)/绝缘纸界面模型中水分子的扩散系数及其质心运动范围减小,界面附近水分子分布浓度增大,且KH792改性后TiO_(2)对绝缘纸中水分子扩散的抑制能力最强。此外,通过分析水分子在3种界面模型中自由体积分数、相互作用能和氢键数目,诠释在上述不同模型中水分子扩散系数差异的物理机理。研究思路与结果为纳米粒子掺杂绝缘纸的改性实验提供了理论支撑。

TiO_(2)-SiO_(2)改性香蕉皮生物炭对水中二氯喹啉酸吸附性能研究

为了寻找有效去除污水中二氯喹啉酸(QNC)的方法,以农业废弃物香蕉皮为原料,磷酸、TiO_(2)和SiO_(2)为活化剂,制备了TiO_(2)-SiO_(2)改性香蕉皮生物炭(Ti-Si-BC)。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、比表面积法(BET)和元素分析(EDS)等手段对改性前后生物炭的物理化学性质进行表征,研究了Ti-Si-BC对QNC的吸附机理以及接触时间、初始浓度、温度和吸附剂用量等因素对吸附效果的影响。结果表明:磷酸、TiO_(2)和SiO_(2)的协同改性显著提高了生物炭的比表面积并增加了吸附点位。在QNC初始浓度为60 mg·L^(-1)时,Ti-Si-BC对QNC的吸附率是天然香蕉皮生物炭(BC)的2.5倍。Ti-Si-BC对QNC的吸附动力学过程更符合准二级动力学模型,说明吸附包括表面的物理吸附和内部的化学扩散。等温吸附过程更符合Freundlich模型,说明吸附为非均相多层吸附。热力学结果表明该吸附为吸热的自发反应。Ti-Si-BC对QNC吸附的机理主要包括孔隙填充、静电和氢键等作用,其吸附效果较BC明显提高,具有良好的应用潜力。

用于隧道内尾气降解的复合改性纳米TiO_(2)研发

为解决隧道内汽车尾气对环境污染的问题,针对隧道内特殊的光照条件,研制了一种基于金属离子(Fe)、非金属离子(N)和半导体(WO_(3))的复合改性纳米TiO_(2),以提高汽车尾气降解效率。采用溶胶-凝胶法制备了复合改性纳米TiO_(2),并利用X射线衍射仪和紫外可见分光光度计对其进行性能表征。X射线衍射分析表明:复合改性使得纳米TiO_(2)晶粒变小,有利于纳米TiO_(2)更好地发挥表面尺度效应,提高光催化活性。紫外可见光漫反射分析表明:复合改性使得纳米TiO_(2)吸收光带发生明显红移,对可见光的吸收度增强。设计了三因素三水平的正交试方案,采用自制的尾气降解测试装置进行了尾气降解试验。结果表明:复合改性较单一改性提高了纳米TiO_(2)的催化效率,且Fe^(3+)的掺入量对尾气降解效果的影响最为显著,当Fe^(3+)掺量为1.69%、N掺量为1.5%、WO_(3)掺量为6.12%时,尾气降解效率最高。

TiO_(2)降解纺织印染废水工艺技术研究

印染废水是日常生活中存在比较普遍的工业废水,它的来源分布广泛,对水体的构成具有严重的污染性并且在环境中不易被处理或转化,因此对环境的治理带来了巨大的困难和挑战。本文重点介绍离子掺杂光催化法、复合半导体光催化法、纳米二氧化钛光催化法、贵金属修饰二氧化钛光催化法、新近改性二氧化钛光催化法降解纺织印染废水的工艺研究。综述了国内外先进的降解实例,比较和分析了各种方法的可行性,并对印染废水的处理进行了总结和展望。