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。

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。

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。

从结构到改性:TiO_2基光催化剂的研究进展及大气污染防治应用

国内外关于TiO_2基光催化剂的设计有着广泛的研究,应用驱动式的光催化剂设计本质是从结构设计到改性设计的过程。首先综述了目前TiO_2基体结构的形态和制备方法,完整阐述了TiO_2纳米管的优势和阳极氧化过程,进而综述了TiO_2纳米管的改性方式,特别说明了表面等离子体光催化技术的原理和应用潜力,介绍了大气污染防治中挥发性有机化合物(VOCs)降解对TiO_2基光催化剂的需求和应用案例,最后指出表面等离子体TiO_2纳米管在大气污染防治过程中作为技术革新点的可能性和工业应用前景。

Ag_(6)Si_(2)O_(7)/TiO_(2)复合光催化剂的制备及其对亚甲基蓝的降解性能

为制备具有稳定性能的可见光催化剂,采用原位沉积法制得Ag_(6)Si_(2)O_(7)/TiO_(2)复合可见光催化剂。对光催化剂的表面形貌、结晶结构、化学元素组成和荧光光谱进行分析。在可见光照射下,以亚甲基蓝为有机污染物模型,探讨了TiO_(2)质量分数对复合光催化剂光催化降解效率的影响。结果表明:Ag_(6)Si_(2)O_(7)/TiO_(2)复合光催化剂中,Ag_(6)Si_(2)O_(7)均匀地包覆在TiO_(2)表面,二者以核壳结构形式紧密结合,且Ag、Si和Ti是以Ag^(+)、Si^(4+)和Ti^(4+)存在;与纯Ag_(6)Si_(2)O_(7)和纯TiO_(2)相比,Ag_(6)Si_(2)O_(7)/TiO_(2)光催化剂具有更高的可见光光催化活性;当TiO_(2)质量分数为20%时,对亚甲基蓝降解效果最佳,在20 min内降解率达到98.6%。这种新型高效复合可见光催化剂可用于处理印染废水,具有广阔的应用前景。

高含盐废水中TiO_(2)复合光催化剂光降解甲基橙机制及性能

为深入分析盐离子对TiO_(2)基光催化剂降解有机物污染物过程的影响作用,通过空穴和自由基捕获剂的加入,研究了可见光激发下高含盐废水体系中光降解甲基橙的机制。在此基础上,探索了高含盐废水体系中TiO_(2)复合光催化剂对污染物降解性能提升的方法。结果表明:可见光激发催化剂形成的光生空穴是有机污染物降解的关键因素,废水体系中盐离子主要干扰体相中光催化反应;当有机污染物被大量吸附于催化剂表面时,盐离子的存在对光催化反应的干扰小;乙二醇热还原处理后的催化剂中Ti^(3+)含量的增加,提升了催化剂的可见光响应和光催化活性;接枝于还原氧化石墨烯表面的少量乙二醇促进了催化剂对甲基橙的吸附,从而更有效地抵抗盐离子干扰。

基于半导体材料的TiO_2光催化剂负载技术及制备方法

针对TiO2光催化剂存在光量子利用率低,固液分离困难,难以回收和再利用等问题,采用负载对TiO2光催化剂进行改性,无机大比表面积载体、无机小比表面积载体、磁载光催化剂均对TiO2光催化剂进行改性具有很好改性效果。物理法和化学法是制备负载型TiO2光催化剂有效的方法。

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。

TiO_(2)基光催化剂在降解水体污染物中的研究进展

水体污染问题已对人类健康和生态系统造成了严重影响。利用光催化降解技术去除水体污染物具有成本低廉、操作方便和无二次污染等优势。TiO_(2)基光催化剂由于催化能力强、无毒、无污染和成本低等优点,在光催化降解水体污染物领域得到了广泛研究。综述了近年来TiO_(2)基光催化剂在光催化降解水体污染物方面的研究进展和面临的挑战,并对TiO_(2)基光催化剂在污染物处理中的应用进行了展望,意在为水体环境污染高效治理提供参考。

CdS/TiO_2纳米管可见光催化剂的制备、表征及光催化活性

以纳米颗粒TiO2(P25)为原料,采用水热合成法制备了具有锐钛矿晶型的TiO2纳米管(TNTs),考察了水热反应温度和焙烧温度对TNTs形貌和结构的影响.以具有双官能团结构的有机分子2-巯基丙酸为偶联剂,采用原位合成和在线组装的方法将CdS量子点(QDs)负载于TNTs上,制得了CdS/TNTs可见光催化剂,研究了2-巯基丙酸浓度对CdS负载量和CdS/TNTs光催化活性的影响.结果表明,在水热温度为150oC,焙烧温度为400oC的条件下,可制得管径为8～10nm,管壁为2～3nm,管长为数百纳米的锐钛矿型TNTs.经CdSQDs修饰后,TNTs的吸收阈值拓展至580nm,在模拟可见光照射下,CdS/TNTs表现出优异的光催化降解罗丹明B性能.

稀土在非TiO_2光催化剂的改性研究

近年来,运用稀土改性非TiO2光催化剂取得了显著成果.重点归纳、总结和分析了通过稀土离子单掺或共掺、稀土氧化物复合、上转换光催化与稀土固熔体等手段改性锌基、铋基光催化剂.简单介绍了稀土在钨基等其他基质的应用及新型稀土化合物光催化剂的构筑.发现稀土改性可以影响非TiO2光催化剂的晶格结构能带能、拓宽光谱响应范围和提高量子效率,是提高其光催化活性的有效途径.还对稀土在未来光催化的应用做了分析.

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%。

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.

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。

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。