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。

含钛高炉渣制备硅基TiO_(2)光催化剂及其性能研究

以含钛高炉渣为原料,采用水热法-酸解-煅烧工艺合成了亚微米片状结构硅基TiO_(2)光催化剂,研究了酸解反应浓度、酸解反应时间、光催化剂投加量及光照条件对其催化性能的影响。结果表明:当酸解反应浓度为1.2mol/L、酸解反应时间为5h、光催化剂投加量为20mg时,紫外灯照射60min后亚甲基蓝降解率最高可达97.28%,可见光照射120min后亚甲基蓝降解率最高可达77.85%。

分级中空结构TiO_(2)纳米微球光催化剂的制备及其性能分析

以双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯与双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物为起始材料,通过水解-缩合反应合成实心TiO_(2)-SiO_(2)纳米微球;将这些微球经碱性水热反应和后续高温煅烧,制备分级中空结构TiO_(2)纳米微球光催化剂。通过TEM、DLS、FT-IR、EDS、XRD等表征手段对其形貌、单分散性、组分及晶体结构进行测试与分析;探讨碱性水热条件对分级中空结构形成的影响机理;研究煅烧温度对光催化剂性能的作用;通过罗丹明B的光催化降解实验来评估光催化剂的活性,并与商用P25进行对比。结果表明:所得纳米微球表面有明显的刺突、单分散性好,以钛酸盐为主要成分;钛酸盐的重结晶与二氧化硅的向内蚀刻是形成分级中空结构的关键;经500℃煅烧,所得催化剂保持分级中空结构,转变为锐钛矿相TiO_(2);其光催化性能卓越,对罗丹明B的降解速率常数k可达113.49×10^(-3)·min^(-1),是实心结构的3倍,是P25的1.45倍。分级中空结构TiO_(2)纳米微球光催化剂的制备方法简单有效,为光催化降解染料的研发提供了重要参考和理论指导。

g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)(B)S型异质结光催化剂的制备及其降解四环素性能研究

采用温和的一步溶剂法将二维TiO_(2)(B)纳米片(NSs)原位生长到2D g-C_(3)N_(4)NSs表面,制备出g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)(B)二元异质结光催化剂。在氙灯照射下,g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)(B)纳米复合材料显示出比纯g-C_(3)N_(4)和TiO_(2)(B)纳米片更高的光催化降解性能,最高为82.17%。根据能带结构和XPS结果可知,在g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)(B)的界面上电子从TiO_(2)(B)转移到g-C_(3)N_(4)形成一个内建电场。同时,g-C_(3)N_(4)导带(CB)上的光生电子和TiO_(2)(B)价带(VB)上的空穴被保留,这有助于激活氧分子和羟基产生活性自由基。提高的四环素降解活性可以归因于超薄的2D/2D纳米片结构和构建的S型异质结。

氮掺杂TiO_(2)光催化剂制备及性能分析

目的 :制备氮掺杂TiO_(2)光催化剂,并对催化剂性能分析。方法 :制备氮掺杂TiO_(2)光催化剂,并对其进行比表面积、紫外-可见吸收光谱、光催化活性等测试。结果 :随着煅烧温度的不断增加,催化剂比表面积呈现出逐渐递减的趋势;催化剂在400~500 nm波段可见光区域内具有光催化活性;随着煅烧温度的逐步提升,催化剂降解能力逐渐增强,直至400℃时达到最佳状态。结论 :氮掺杂TiO_(2)光催化剂在400℃温度煅烧下的各项性能最佳,因此在实际应用中,应将这一温度作为最佳煅烧条件。

磷钨酸/TiO_(2)光催化剂在废水处理中的应用

磷钨酸/TiO_(2)复合光催化剂具有安全环保、催化活性高、化学稳定性好、无毒、易回收等优点,在光催化领域具有良好的前景。介绍了磷钨酸/TiO_(2)复合光催化剂的光催化机理,综述了磷钨酸/TiO_(2)复合光催化剂去除废水中染料分子及其他有机污染物的应用,并阐述了其发展前景。

碳量子点-纳米TiO_(2)复合光催化剂对污水中Cr(Ⅵ)的去除研究

为了开发高效的重金属离子可见光催化剂,以枸杞为碳源采用微波法制备碳量子点(Carbon Quantum Dots,CQDs),以三氯化钛溶液为前驱体,通过水热法制备纳米TiO_(2),并用硅烷偶联剂(KH-540)对纳米TiO_(2)表面进行改性,将改性后的纳米TiO_(2)与枸杞碳量子点复合制备出复合光催化剂(CQDs/TiO_(2)),并在含Cr(Ⅵ)废水pH值=3及pH值=7的条件下研究了CQDs/TiO_(2)对紫外光和可见光作用下的催化性能。研究结果表明:无论是紫外光还是可见光,初始pH值=3时CQDs/TiO_(2)和纳米TiO_(2)对溶液中Cr(Ⅵ)的催化去除率均比pH值=7时高;在初始pH值=3,Cr(Ⅵ)初始质量浓度为10 mg/L,CQDs/TiO_(2)投加量1 g/L的条件下,Cr(Ⅵ)的可见光催化去除率可达61%,比单独TiO_(2)提高了20%。该碳量子点-TiO_(2)复合光催化剂的制备可明显提高溶液中Cr(Ⅵ)的去除,可为污水中其他重金属离子的去除提供参照,具有显著的研究意义。

用于析氢反应的TiO_(2)基光催化剂的研究进展

TiO_(2)作为一种应用于光催化领域的前沿材料,受到了广泛的关注。TiO_(2)作为光催化剂的性能取决于各种参数,包括形貌、表面积和结晶度。虽然TiO_(2)在各种催化体系中均表现出良好的催化活性,但由于其低导电性和较宽带隙,TiO_(2)作为光催化剂的性能普遍受到限制。众多研究致力于克服这些问题,使得光催化性能得到了显著改善。本文综述了近年来TiO_(2)光催化析氢反应的研究进展,重点讨论了关于催化剂组分的改变、掺杂以及光敏化对TiO_(2)光催化活性的调整与改良,对每种改性方法的优点和局限性进行了评述,最后指出了TiO_(2)作为光催化剂在未来发展中面临的主要问题和发展前景。

ZnFe_(2)O_(4)/TiO_(2)纳米棒光催化剂的制备及其对甲基橙废水的脱色研究

采用水热法制备了ZnFe_(2)O_(4)纳米粒子,在碱性条件下水解钛酸丁酯组装得到ZnFe_(2)O_(4)/TiO_(2)纳米棒光催化剂,利用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)、N_(2)吸附-脱附仪及电化学工作站分别表征了ZnFe_(2)O_(4)/TiO_(2)纳米棒的晶型、形貌、磁性能、孔结构及电极性能,并研究了其对甲基橙废水的脱色效果。结果表明,ZnFe_(2)O_(4)具有尖晶石结构,而TiO_(2)是锐钛矿结构,二者组装为具有介孔结构的ZnFe_(2)O_(4)/TiO_(2)纳米棒光催化剂,比饱和磁化强度高达40.0 emu•g^(-1);紫外光照射120 min后,ZnFe_(2)O_(4)/TiO_(2)纳米棒对甲基橙废水的脱色率高达99%;且重复使用10次后,脱色率依然保持在85%以上。

应用自发电池原理降低光催化剂激发电子与空穴再结合的几率

光催化剂电子被激发从价带跳跃到导电带的效率并不低,但大部分激发电子都返回和空穴再结合,导致最后的光催化效率低。本文利用光催化的原理先后将Cu和Ag沉积/附着于光催化剂TiO_(2)表面,构建了TiO_(2)-Cu-Ag光催化剂。Cu和Ag的电极电位分别为0.340 2 V和0.799 6 V。在水中时,Cu-Ag形成自发电池,电场会驱动激发电子离开光催化剂进入水体。实验证实了自发电池Cu-Ag的作用,有机物降解试验显示,45 min内,TiO_(2)-Cu-Ag和TiO_(2)对有机物的去除率分别是90.5%和63.6%。

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。

复合TiO_(2)-SiO_(2)光催化剂的制备及性能研究

以SiO_(2)气凝胶为载体,采用溶胶凝胶法制备出复合TiO_(2)-SiO_(2)光催化剂。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射图谱和比表面积测定等分析手段对复合光催化剂进行表征。结果表明,TiO_(2)微粒均匀搭载在SiO_(2)气凝胶的表面,复合光催化剂具有丰富的空间孔结构和良好的比表面积。在单因素实验和响应面优化实验基础上得出制备复合光催化剂的最佳工艺条件为:正硅酸乙酯(TEOS)和水的用量比(V/V)为4∶1,悬浮液中TiO2的浓度为2.21 g/L,溶胶凝胶时间为3.11 d;最优工艺条件下制备的复合光催化剂对10 mg/L的亚甲基蓝溶液进行24 h降解处理,去除率达到99.1%。

化学混凝-TiO_(2)/g-C_(3)N_(5)光催化降解处理印刷废水

为了实现对高色度和高化学需氧量实际印刷废水的高效降解,采用混合法制备了TiO_(2)/g-C_(3)N_(5)复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、N_(2)吸附-脱附、紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、稳态荧光光谱(PL)、瞬态光电流(TPC)和电化学交流阻抗(EIS)等表征技术对复合光催化剂的物相晶型、比表面积、光化学和电化学性能进行了全面的表征。TiO_(2)与g-C_(3)N_(5)复合后形成异质结,提高了对可见光的吸收和转化能力,拓宽了光谱响应范围,有效抑制了光电子-空穴的复合,TiO_(2)/g-C_(3)N_(5)比表面积达到了76.77 m^(2)/g。以FeCl_(3)和聚丙烯酰胺(PAM)为混凝剂和助凝剂对实际印刷废水进行预处理,实现了对印刷废水中悬浮物的去除。在Ti O_(2)/g-C_(3)N_(5)复合光催化剂投加量为0.8 g/L、光照时间为60 min、印刷废水p H为5的条件下光催化处理实际印刷废水,实际印刷废水的COD去除率和色度去除率分别为94.36%和96.82%。循环使用10次后TiO_(2)/g-C_(3)N_(5)复合光催化剂对实际印刷废水的COD去除率和色度去除率分别为89.76%和90.34%,仍具有良好的处理效果。

La^(3+)修饰对纳米ZnO/TiO_(2)复合粉体的光催化性能影响

以La_(2)(SO_(4))3、Ti(SO_(4))2和ZnSO_(4)·7H_(2)O为原料,体积分数为40%的乙醇作溶剂,用共沉淀法制备La^(3+)修饰纳米ZnO/TiO_(2)复合光催化材料,初步研究了La^(3+)修饰对ZnO/TiO_(2)光催化性能的影响。有实验可知,用最佳镧掺杂量为0.2%的Zn∶Ti=3∶10的ZnO/TiO_(2)样品,La^(3+)修饰ZnO/TiO_(2)纳米复合粉体对甲基橙降解率可达到38.4%。掺入金属La^(3+)有效地抑制ZnO/TiO_(2)纳米复合粉体粒子之间的团聚,比表面积增加,光催化活性明显增强。并采用XRD等测试手段对其进行表征。

以偏钛酸为原料沉淀法制备纳米TiO_2光催化剂

研究以偏钛酸为原料,采用碱中和沉淀法制备纳米TiO2,并对制备工艺进行了优化。通过单因素实验法得到最佳的制备工艺为:偏钛酸浆液5g,浓硫酸分别为5ml、2.4ml,氨水的浓度为12,煅烧温度550℃、煅烧时间2.5h。X衍射的结果表明,制备的纳米TiO2为纯锐钛型,其粒径大小大约为13nm,结晶度达到47.27%。制成的纳米TiO2对亚甲基蓝溶液的降解率,在紫外光照3h后为56%。

TiO_(2)型光催化剂在农药废水处理中的应用进展

TiO_(2)光催化处理技术因其绿色、高效和可重复利用等优点,在处理农药废水中得到了有效应用.本文简要介绍了TiO_(2)型光催化剂的发展进程,阐述了其降解农药废水的基本原理,综述了其掺杂、复合及负载改性等相关研究,同时还分析了该类型光催化剂降解农药废水的相关影响因素.

Cu-N共掺杂改性纳米TiO_(2)光催化剂制备及甲苯降解

以尿素、硝酸铜、钛酸四丁酯等为原料,采用溶胶-凝胶法,经Cu,N原子共掺杂制备出改性纳米TiO_(2)光催化剂。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外可见漫反射仪、傅里叶变换红外光谱仪对其进行了分析表征。以甲苯气体为研究对象,考察了制备的TiO_(2)光催化剂对甲苯的光催化降解性能。结果表明:共掺杂改性后的纳米TiO_(2)光催化剂,在可见光400~550 nm处呈现出较强的吸收;当光催化反应120 min时,Cu-N-TiO_(2)光催化剂对甲苯的催化降解转化率达到了38%,较纯纳米TiO_(2)催化剂提高了近4倍。

TiO_(2)-TiOF_(2)光催化剂的制备及其性能表征

采用水热法制备了TiO_(2)-TiOF_(2)异质半导体复合材料。以废水中的盐酸四环素(TTCH)为目标污染物,研究了TiO_(2)-TiOF_(2)的光催化活性。在催化剂投加量为0.3 g/L的条件下,光催化反应30 min,对质量浓度为10 mg/L的TTCH去除率高达85.4%,且TiO_(2)-TiOF_(2)催化剂具有较好的重复使用性能。催化剂的表征结果显示,TiO_(2)-TiOF_(2)特殊的花簇状结构使其比表面积显著增大,有利于催化剂表面产生更多的吸附位点。TiO_(2)-TiOF_(2)具有更多的氧空位,且电子空穴对的复合率较低。由于TiO_(2)-TiOF_(2)在紫外区域有很强的吸收,且能吸收部分可见光,使得TiO_(2)-TiOF_(2)能更大程度地利用太阳光,提高污染物氧化的量子效率。自由基捕获实验结果表明,·O_(2)-和·OH在TiO_(2)-TiOF_(2)催化降解TTCH的过程中起到了重要的作用。

等离子体电解氧化法制备多孔TiO_(2)/V_(2)O_(5)复合物膜层及其增强光催化产氢活性

较差的光催化产氢效率极大地阻碍了TiO_(2)光催化剂的工业化应用。为此,本文在含有NH_(4)VO_(3)的磷酸盐溶液中,采用等离子体电解氧化(PEO)法制备了多孔TiO_(2)/V_(2)O_(5)复合膜光催化剂,通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子谱(XPS)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对其组成、结构及光吸收性质进行了表征,并采用气相色谱评价了薄膜催化剂的光催化产氢性能,研究了电解液中NH_(4)VO_(3)含量对膜的结构、组成和光催化产氢性能的影响。结果表明:复合膜催化剂主要由锐钛矿和金红石型TiO_(2)组成,具有微孔结构,V_(2)O_(5)主要以无定形形式存在于膜中,与TiO_(2)有很强的相互作用,影响TiO_(2)的晶面间距。研究发现,元素V抑制了TiO_(2)的结晶和金红石型TiO_(2)的形成,扩大了薄膜的光学吸收范围。针对Na_(2)S+Na_(2)SO_(3)溶液中的光催化产氢性能的研究显示,在质量浓度为1 g/L NH_(4)VO_(3)的电解液中制备的TiO_(2)/V_(2)O_(5)薄膜的光催化活性最高,优于近年来报道的其他光催化剂。光催化重复实验表明,该复合膜催化剂具有较高的稳定性和较为恒定的光催化活性。

人工抗体型TiO_2光催化剂选择性降解氯酚类污染物

氯酚作为一种常用有机物质被广泛使用过程中,其废液的排放成为一种严重的环境污染物。研究表明,TiO_2光催化降解技术是处理这类复杂污染体系的最有效手段之一,但由于TiO_2光催化氧化反应属于自由基反应,不具有选择性,在治理多组分共存的实际污染体系时,浓度较高的污染物(常常无毒或低毒性)总是被优先降解,最终导致浓度低的污染物(一般来说毒性较高)得不到有效治理。用分子印迹技术合成的人工抗体具有特异的分子识别能力,故采用邻苯二胺作为功能单体、氯酚类(CPs)有毒污染物为目标物质合成了以纳米TiO_2为核、人工抗体改性层为壳的新型TiO_2光催化剂,以2-CP为目标污染物合成的改性光催化剂为2CP-P25;以4-CP为目标污染物合成的改性光催化剂为4CP-P25。透射电镜和红外光谱的分析结果表明该光催化剂的确具有核/壳结构,人工抗体包覆层的厚度大约为5nm。采用P25、4CP-P25、2CP-P25 3种TiO_2光催化剂分别光降解苯酚、2-CP和4-CP的光催化降解过程均为准一级动力学过程。人工抗体型光催化剂处理高浓度苯酚和低浓度氯酚三元混合体系时,与未改性的P25相比,这种新型光催化剂对目标污染物的光催化降解速度明显提高,即明显提高了TiO_2光催化剂的选择性光催化氧化能力。另外,循环实验表明,催化剂稳定性良好,具有较好的使用寿命。这种新型光催化剂的制备工艺简单,具有高选择性、高催化活性,并具有较好的实际应用前景。