磁混凝-UV/O_(3)深度处理诺氟沙星制药废水工艺研究

以某诺氟沙星制药企业生物处理单元出水为试验用水,探究磁混凝-UV/O_(3)工艺对制药废水深度处理的效果。磁混凝试验中,COD去除方面,聚合硫酸铝铁(PFS)絮凝效果明显优于聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铝铁(PAFS);COD、色度、浊度去除效果方面,阳离子聚丙酰胺(CPAM)助凝效果明显优于阴离子聚丙酰胺(APAM)及非离子聚丙酰胺(NPAM);48μm磁粉投加量为300 mg/L,PFS投加量为400 mg/L,CPAM投加量为6 mg/L,投加顺序为两段式磁粉+PFS—CPAM。在UV/O_(3)实验中,调整UV/O_(3)工艺:臭氧投加量为26 mg/min,初始pH为9,初始温度为20℃,氧化时间为60 min。经磁混凝-UV/O_(3)联合工艺处理后,出水COD小于30 mg/L,色度小于2倍,浊度低于1 NTU,满足当地《贾鲁河流域水污染物排放标准》(DB 41/908—2014)。

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)。

O_(3)/UV多相催化氧化法处理UDMH废水的研究

含偏二甲肼(UDMH)的废水在臭氧氧化过程中会显著生成高毒性且难降解的次级氧化产物亚硝基二甲胺(NDMA),采用臭氧/紫外(O_(3)/UV)联用技术仍不能有效抑制NDMA的生成和彻底氧化NDMA.我们以Fe_(2)O_(3)/γ-Al_(2)O_(3)为催化剂,采用多相催化氧化-O_(3)/UV联用技术对含UDMH的废水进行了氧化处理,详细对比了有无催化剂时UDMH的降解效率以及次级氧化产物NDMA生成、氧化消除的规律,结果表明,多相催化技术与O_(3)/UV联用能够显著提高对废水中UDMH的氧化分解效率,且能有效地抑制NDMA的生成和促进NDMA的氧化消除.通过反应参数的优化,确定了最佳的反应条件.在此基础上,对UDMH和NDMA的氧化降解反应动力学进行了对比研究,结果显示,多相催化技术有效提升了NDMA在O_(3)/UV中的氧化降解效率,使得反应所产生的NDMA可以及时分解.我们还对稳定性进行了研究,催化剂经8次循环仍保持较高的催化活性和稳定性.我们的研究结果表明多相催化-O_(3)/UV联用技术对含UDMH废水处理有优良的适用性,综合效能优于现用的O_(3)/UV处理技术.

基于机械剥离制备的PEDOT:PSS/β-Ga_(2)O_(3)微米片异质结紫外光电探测器研究

β-Ga_(2)O_(3)具有超宽带隙(约4.9 eV)、高的击穿电场(约8 MV/cm)、良好的化学稳定性和热稳定性等优点,是一种很有前途的制备紫外光电探测器的候选材料.由于未掺杂的β-Ga_(2)O_(3)为n型导电,所以制备p型β-Ga_(2)O_(3)面临很多困难,从而制约了同质PN结的开发与应用.聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)是一种p型导电聚合物,在250—700 nm有着较高的透明度,采用p型有机材料PEDOT:PSS和n型β-Ga_(2)O_(3)构成的异质结可能为PN结型光电器件的研制提供一种途径.本文利用机械剥离法从β-Ga_(2)O_(3)单晶衬底上剥离出单根β-Ga_(2)O_(3)微米片,微米片的长度为4 mm,宽度为500μm,厚度为57μm.将有机材料PEDOT:PSS涂覆在剥离出来的微米片的一侧制备出PEDOT:PSS/β-Ga_(2)O_(3)无机-有机异质结的紫外光电探测器,器件表现出典型的整流特性,而且发现器件对254 nm紫外光敏感,具有良好的自供电性能.该异质结紫外探测器的响应度和外量子效率分别为7.13 A/W和3484%,上升时间和下降时间分别为0.25 s和0.20 s.此外,3个月后器件对254 nm紫外光的探测性能并未发现明显的衰减现象.本文的相关研究工作将对研发新型紫外探测器提供了新的思路和理论基础.

UV/O_(3)协同深度去除化工园区生化尾水有机物

采用UV、O_(3)和UV/O_(3) 3种方法处理化工园区污水处理厂实际生化尾水,考察了UV灯功率、照射时长、O_(3)投加量和反应初始pH等因素对反应过程的影响.结果 表明,UV/O_(3)的处理效果大于UV和O_(3)处理效果的总和,具有协同效应;在UV灯功率为16W、O_(3)体积浓度为0.6mL/min、初始pH=7.1、照射时长120 min的条件下,尾水COD从82.3 mg/L降至49.5 mg/L,COD去除率达40%,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中的一级A标准.

UV/H_(2)O_(2)/O_(3)高级氧化技术降解藻源NDMA前体物特性研究

对比了UV、H_(2)O_(2)和O_(3)氧化技术及UV/H_(2)O_(2)/O_(3)高级氧化技术对藻源NDMA前体物的去除效果,并使用BBD响应曲面法进行了参数优化。结果表明UV及H_(2)O_(2)氧化会增加NDMA前体物含量,O_(3)氧化仅在高投加量情况下对NDMA前体物有一定去除效果,UV/H_(2)O_(2)/O_(3)技术可有效降解藻源NDMA前体物;响应曲面法优化结果表明,各因素对试验结果影响程度的顺序为:UV剂量>O_(3)投加量>H_(2)O_(2)投加量,UV/H_(2)O_(2)/O_(3)技术去除藻源NDMA前体物最佳工况参数为:UV剂量293mJ/cm^(2)、O_(3)投加量0.31mg/L、H_(2)O_(2)投加量1.21mg/L,经验证该模型准确可靠。

In_(2)O_(3)-CuO的制备及其光活化下的室温甲醛气敏性能

以InCl_(3)•4H_(2)O和Cu(NO_(3))2•3H_(2)O为原料、尿素为沉淀剂,采用水热法制备了In_(2)O_(3)-CuO复合材料。通过XRD、SEM、TEM、UV-Vis吸收光谱、XPS、EIS对其进行了表征,探究了紫外光活化In_(2)O_(3)-CuO复合材料的气敏性能与传感机制。结果表明,In_(2)O_(3)-CuO复合材料在375 nm紫外光照射室温(25℃)条件下对质量浓度50 mg/L甲醛气体的灵敏度为298,与纯In_(2)O_(3)(2.4)相比灵敏度提高123倍,气敏性能的巨大提升得益于In_(2)O_(3)与CuO形成的p-n异质结,协同光活化条件下异质结界面产生的光生电子-空穴与氧物种(O_(2)和O_(2)-)间建立了氧的光活化吸附-解吸循环,使室温下材料的气体吸附-解吸过程和表面反应增强。

单根磷掺杂β-Ga_(2)O_(3)微米线日盲紫外探测器性能

β-Ga_(2)O_(3)是一种新兴的超宽带隙半导体材料,由于具有4.9 eV的带隙、较高的击穿电场(8 MV/cm)及较高的热稳定性和化学稳定性等优良特性,使其成为一种很有前途的半导体材料,在高功率电子器件、气体探测器和日盲紫外(UV)光电探测器等领域有着较为广阔的应用前景。本文采用化学气相沉积法(CVD)生长出大尺寸的厘米级磷掺杂β-Ga_(2)O_(3)微米线,并对微米线的表面形貌、晶体结构和成分进行了研究,发现微米线的长度可达0.6~1 cm,直径约为40μm。基于生长出的磷掺杂β-Ga_(2)O_(3)微米线制作了单根磷掺杂微米线的日盲紫外探测器,研究表明未掺杂和磷掺杂β-Ga_(2)O_(3)微米线对254 nm紫外光都具有良好的响应,其中磷含量为2.3%微米线制作的器件,其光电探测性能最好。该磷含量微米线器件在光功率550μW/cm^(2)时,其光电流为3.1μA,暗电流为1.56 nA,光暗电流比约为2×10^(3),上升和下降时间分别为47 ms和31 ms。当光功率为100μW/cm^(2)时,器件的光响应度和外量子效率最大,分别为6.57 A/W和3213%。此外,还对器件的紫外探测机理进行了研究。

B_(2)O_(3)对低膨胀硼硅酸盐玻璃结构及性能影响的研究

以Na_(2)O-B_(2)O_(3)-SiO_(2)低膨胀玻璃为基础玻璃体系,用B_(2)O_(3)逐步取代SiO_(2),采用高温熔融法制备出低膨胀硼硅酸盐玻璃。通过红外光谱、扫描电镜分析了玻璃微观结构,X射线光电子能谱分析了桥氧和非桥氧含量,研究了B_(2)O_(3)含量对硼硅酸盐玻璃机械性能、热膨胀性能和紫外-可见光透过率的影响。结果表明:B_(2)O_(3)含量的增加使玻璃结构中的[BO_(3)]增多,玻璃分相逐渐加重;该体系玻璃的机械性能良好,显微硬度达802 kg/mm^(2),抗折强度达147 MPa;转变温度和软化温度都逐渐降低,热膨胀系数逐渐增加;玻璃样品的可见光透过率在90%左右,无明显规律,[BO_(3)]增多,玻璃结构中非桥氧的含量增加,玻璃的紫外-可见光透过率逐渐降低。

薄膜厚度对射频磁控溅射β-Ga_(2)O_(3)薄膜光电性能的影响

本文在室温下利用射频磁控溅射技术在(001)蓝宝石衬底上制备了不同厚度的β-Ga_(2)O_(3)薄膜,随后将其置于氩气气氛中800℃退火1 h.利用XRD,SEM,UV-Vis分光光度计、PL光致发光光谱仪和Keithley 4200-SCS半导体表征系统等考察薄膜厚度对所得氧化镓薄膜相组成、表面形貌、光学性能以及光电探测性能的影响.结果表明,随着薄膜厚度的增加,薄膜结晶质量提高,840 nm薄膜最佳,1050 nm薄膜结晶质量略有降低.不同厚度β-Ga_(2)O_(3)薄膜在波长200—300 nm日盲区域内均具有明显的紫外光吸收,禁带宽度随着薄膜厚度的增加而增加.PL谱中各发光峰峰强随着薄膜厚度的增加而减小,表明氧空位及其相关缺陷受到抑制.在β-Ga_(2)O_(3)薄膜基础上制备出日盲紫外光电探测器的探测性能(光暗电流比,响应度,探测率,外量子效率)也随薄膜厚度的增加呈先增后减的趋势.厚度约为840 nm的β-Ga_(2)O_(3)紫外光电探测器,在5V偏压下,表现出极低的暗电流(4.9×10^(-12) A),以及在波长254 nm(600μW/cm^(2))紫外光照下,表现出较高的光暗电流比(3.2×10^(5)),较短的响应时间0.09/0.80 s(上升时间),0.06/0.53 s(下降时间),其响应度、探测率和外量子效率分别为1.19 mA/W,1.9×10^(11) Jones和0.58%,且其光电流随光功率密度和偏置电压的增加几乎呈现线性增加,可以用于制作日盲紫外探测器.

磁性纳米Fe_(3)O_(4)制备及在酵母RNA提取分析中的应用

磁珠法提取核酸是新冠病毒核酸检测的关键一环。基于此,以安全无毒的酵母RNA为对象,开发了一个涉及多学科化学知识交叉的综合实验,包括Fe_(3)O_(4)纳米磁珠制备与表征、RNA提取方法建立与机制探究、实际样品应用等。本实验既能锻炼学生综合运用化学知识和实验手段解决实际问题的能力,又能引导学生关注公共事件,培养其社会责任感。

宽禁带半导体Ga_(2)O_(3)基日盲紫外探测器的研究进展

β-Ga_(2)O_(3)是一种超宽禁带半导体材料,对应太阳光谱的深紫外波段,可用于制备日盲紫外探测器。日盲紫外探测器抗干扰能力强、探测灵敏度高、背景噪声低,在军事和航空航天领域具有极大的应用前景。本文主要介绍Ga_(2)O_(3)材料的基本性质,包括不同的晶相结构及其制备方法,并总结不同结构的Ga_(2)O_(3)器件在日盲紫外探测领域的研究进展。其中,金属-半导体-金属(MSM)结构的Ga_(2)O_(3)器件最为普遍,特别是基于薄膜材料的器件已具备了商业化参数,有望实现产业化应用。基于Ga_(2)O_(3)的异质结和肖特基结日盲紫外探测器也表现出优异的性能,并呈现出自供电特性。此外,薄膜晶体管结构Ga_(2)O_(3)器件结合MSM结构和晶体管结构的工作机制,可获得更大的光增益,适用于微弱信号的探测,成为一种极具潜力的日盲紫外探测器件。

Cu掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜的制备及紫外探测性能

β-Ga_(2)O_(3)作为第三代宽禁带半导体材料,具有禁带宽度大(4.9 eV)、击穿电场强,吸收边正好位于日盲紫外波段(波长200—280 nm)内,且在近紫外以及整个可见光波段具有较高的透过率,使得β-Ga_(2)O_(3)是一种非常适合制作日盲紫外光电探测器的材料.目前在p型β-Ga_(2)O_(3)材料方面的研究还较少,但p型β-Ga_(2)O_(3)材料的制备对于其光电器件的应用至关重要,因此成功制备p型β-Ga_(2)O_(3)材料就显得尤为关键.采用化学气相沉积法在蓝宝石衬底上生长出不同Cu掺杂量的β-Ga_(2)O_(3)薄膜,并对薄膜的形貌、晶体结构和光电特性进行了测试.发现随着Cu掺杂量的增加,样品(201)晶面的衍射峰向小角度方向发生了移动,这说明Cu2+替代了Ga3+进入到了Ga2O3晶格中.此外,在Cu掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜上蒸镀Au作为叉指电极,制备出了金属-半导体-金属结构光电导型日盲紫外探测器,并对其紫外探测性能进行了研究.结果表明,在10 V偏压、254 nm波长紫外光下,器件的光暗电流比约为3.81×102,器件的上升时间和下降时间分别是0.11 s和0.13 s.此外,在光功率密度为64μW/cm2时,器件的响应度和外部量子效率分别是1.72 A/W和841%.

A_(7)M^(Ⅱ)RE_(2)(B_(5)O_(10))_(3)系列紫外非线性光学晶体的研究进展

稀土硼酸盐非线性光学(NLO)材料由于其在激光技术领域的重要应用而备受关注,这主要是因为三价稀土离子如Y^(3+)、Sc^(3+)、Lu^(3+)等可以有效抑制d-d和f-f电子跃迁从而扩宽化合物的透过范围,同时稀土原子与氧原子结合成畸变的多面体可增强材料的非线性光学效应。A_(7)M^(Ⅱ)RE_(2)(B_(5)O_(10))_(3)系列(RE为稀土金属,A为碱金属、M为二价金属)化合物是稀土硼酸盐中一类重要的材料,其A、M以及RE位点具备灵活的占据方式,近年来得到了广泛关注。通过化学元素取代法,研究者们对该类化合物的种类进行拓展,目前已经合成出数十种属于该体系的化合物。这些化合物的截止边大多处在紫外甚至是波长小于200 nm的深紫外波段,非线性光学效应为0.4~2.1倍KDP,在紫外以及深紫外波段非线性光学领域中展现出了应用潜力。本文对其研究现状进行了总结,分析了其微观结构与光学性能之间的关系,并指出不同位点组分对材料非线性光学性能的影响,以期对此类化合物今后的发展提供参考。

Ga_(2)O_(3)/p-GaN异质结自供电日盲紫外光探测器的制备与光电性能研究

采用水热法在p-GaN衬底上生长Ga_(2)O_(3)纳米棒阵列,构建了Ga_(2)O_(3)/p-GaN异质结自供电日盲紫外光探测器。首先对异质结的形貌和结构性能进行了研究,并进一步对异质结紫外光探测器的伏安特性和紫外光探测性能进行了探索。结果表明在0 V偏压和254 nm紫外光照下,器件表现出明显的自供电日盲紫外光响应,响应度为718.8 mA/W,并具有良好的稳定性和重复性。结合异质结能带理论对器件的自供电紫外光响应机理进行了讨论。

基于超宽β-Ga_(2)O_(3)微米带的日盲光电探测器研究

氧化镓的禁带宽度接近5 eV,是一种极具前景的日盲紫外探测半导体材料。基于碳热还原法生长高质量β-Ga_(2)O_(3)微米带制备出MSM(Metal-Semiconductor-Metal)结构光电导紫外探测器,研究了不同的结构对光电器件性能的影响。结果表明等间距叉指电极光电探测器相较于两端电阻型光电探测器有更优异的性能。在10 V/254 nm紫外光照下,其响应度、外部量子效率、比探测率和光响应时间等性能提高明显,其中光电流(Iphoto)有接近2个数量级的提升,且-2 V附近光暗电流比值增大至2.29×10^(5)。随着叉指电极间距从50μm缩减至20μm,器件Iphoto变大,其物理机制归因于阳极附近的耗尽层占据电极间微米带的比例增大引发了更高的光生载流子输运效率。

Pt/β-Ga_(2)O_(3)深紫外肖特基光电二极管的界面载流子注入和自驱动特性

采用金属有机化学气相沉积技术在c面蓝宝石衬底上生长氧化镓薄膜,再通过光刻、剥离、电子束蒸镀技术在氧化镓薄膜的表面制作非对称叉指电极,其中Pt/Au作为肖特基电极,Ti/Al/Ni/Au作为欧姆电极;为实现良好的欧姆接触,提升界面载流子的注入效率,对沉积Ti/Al/Ni/Au后的样品进行退火处理。相关结果表明,该Pt/β-Ga_(2)O_(3)肖特基光电二极管具有良好的深紫外探测水平。在-5 V偏压下,响应度和外量子效率分别为3.4 A/W和1.66×10~3%。探测器的探测度高达10^(13) Jones,表明其具有优异的弱信号探测能力。同时,响应度和外量子效率整体都随着光强增大而减小,这是由于较高的光生载流子浓度提高了电子-空穴对的复合机率。在自驱动模式下,该Pt/β-Ga_(2)O_(3)肖特基光电二极管展现出较快的响应速度,响应度为2.69 m A/W。此外,探测器在-100 V和+100 V的高压下仍然能够稳定运行,说明该探测器具有较好的耐高压稳定性。

碱金属离子,Gd^(3+),Ce^(3+)共掺杂的Lu_(3)Al_(5)O_(12)陶瓷粉体的光学性能

用高温固相法制备了(Gd_(x)M_(y)Lu_(0.99-x-y))_(3)Al_(5)O_(12):1%Ce^(3+)(x=0,0.01,0.25,0.5,0.75,y=0,0.005,0.01,0.02,0.05,0.1,M=Li^(+),Na^(+),K^(+),Cs^(+))系列陶瓷粉体。X射线衍射仪对合成粉末微结构进行表征,FLS920光谱仪测量样品的激发光谱、发射光谱和荧光寿命,CIE色度系统分析合成材料的色坐标。X射线衍射仪结果显示,不同浓度碱金属离子、Gd^(3+)、Ce^(3+)共掺杂Lu_(3)Al_(5)O_(12)样品仍为立方晶相,但随着碱金属离子、Gd^(3+)、Ce^(3+)掺杂浓度的增加,合成样品衍射峰稍有向小角度偏移。在350 nm激发下,与Lu_(2.97)Al_5O_(12):1%Ce^(3+)样品相比,共掺杂Gd^(3+)后的样品在511 nm附近发射强度降低且出现明显红移,随着Gd^(3+)浓度增加,Ce^(3+)能级寿命逐渐减小,范围为35~60 ns。与掺杂1%Ce^(3+),1%Gd^(3+)样品比较,分别共掺杂2%的Li^(+)、Na^(+)、K^(+)和1%的Cs^(+)后样品发光强度提高了5.1倍,2.93倍,1.79倍,1.28倍,同时样品中Ce^(3+)寿命继续减小。分别在λ=254.0 nm和λ=365.0 nm紫外灯照射下,随着Gd^(3+)掺杂浓度的增加,观察到合成样品从深黄绿色变化为暗红色,色坐标显示样品发光由黄绿光区逐渐移动到红光区域,且共掺杂碱金属离子后,粉体的发光更亮。

响应面法优化UV/O_(3)催化氧化RO浓水处理工艺参数

【目的】该研究将紫外(UV)与臭氧(O_(3))催化氧化工艺相耦合,以上海某化工厂生产废水处理工艺产生的二级反渗透(RO)浓水为研究对象进行研究,探究不同温度、初始pH和O_(3)投加量对二级RO浓水COD_(Cr)、UV_(254)去除率的影响,并进一步优化工艺参数,得到最佳的处理效果。【方法】在单因素试验的基础上,采用响应面优化法(RSM)分析温度、初始pH和O_(3)投加量3种主要因素及其交互作用对二级RO浓水COD_(Cr)、UV_(254)去除率的影响,并对该工艺参数进行优化。【结果】试验结果表明,温度、初始pH和O_(3)投加量这3种因素对UV/O_(3)催化氧化耦合工艺的影响程度为:温度>初始pH>O_(3)投加量。对于COD_(Cr)去除率,各因素两两之间交互作用的显著强弱顺序为:温度与O_(3)投加量>初始pH与O_(3)投加量>温度与初始pH。对于UV_(254)去除率,各因素两两之间交互作用的显著强弱顺序为:温度与O_(3)投加量>温度与初始pH>初始pH与O_(3)投加量。在O_(3)催化剂为20mg/L,UV光照强度为50μW/cm^(2),反应时间为60min的反应条件下,温度为23.2℃、初始pH值为10.6、O_(3)投加量为14g/h时RO浓水处理效果最佳,COD_(Cr)、UV_(254)去除率分别能达到63.27%、73.01%。【结论】通过模型验证,证实了box-behnken设计(BBD)响应面模型可有效优化UV/O_(3)催化氧化工艺参数。

UV/O_(3)/TiO_(2)耦合工艺降解2,4,6-三氯苯酚

通过构建UV/O_(3)/TiO_(2)耦合工艺反应体系,打破了以臭氧为基础的高级氧化技术臭氧利用率低的技术瓶颈,使用电子自旋共振波谱仪和荧光探针法分析了UV/O_(3)/TiO_(2)耦合工艺的反应机理,明确了臭氧链式反应产生的O_(2)在反应体系内自循环利用是提高臭氧利用率的主要原因。以2,4,6-三氯苯酚为目标污染物,通过分析初始浓度、接触时间、pH、催化剂投加量等影响因素,对比UV/O_(3)、UV/TiO_(2)工艺的降解效果,显示出UV/O_(3)/TiO_(2)耦合工艺的技术优势。在相同条件下,单独UV/TiO_(2)光催化体系和UV/O_(3)体系对2,4,6-三氯苯酚模拟配水的TOC矿化率分别为12.65%和51.54%,反应速率常数分别为0.0058,0.1956 min^(-1),而UV/O_(3)/TiO_(2)耦合体系的矿化率达到82.97%,反应速率常数为0.2893 min^(-1),耦合工艺的臭氧利用率较UV/O_(3)工艺提高11.7百分点,并且在pH=3~11的较宽范围内有良好的适用性,证明了理论研究结论的正确性。