生物炭基光催化剂改性制备及其去除水中抗生素的研究进展

水体中抗生素会影响微生物群落结构和功能,导致生态失衡;同时,抗生素会通过食物链的富集和传递进一步污染水质,对生态环境和人类健康造成持续性危害.光催化技术因其高效且环保的特性成为众多抗生素去除技术中的重点研究对象.虽然半导体是光催化技术的核心材料之一,但其自身限制导致工作效率不高.生物炭(BC)作为碳家族成员之一有着众多优良特性,将生物炭与半导体复合制备的生物炭基光催化剂(BSPs)综合了两者的优越性能,有着广阔的应用前景.本文通过文献查阅,系统分析了BSPs的研究进展,涵盖BSPs的制备和改性方式,以及去除抗生素的原理和各种影响因素,并阐明其高导电性、高比表面积、强氧化性、稳定性和可回收性等特点,说明BSPs能够处理各种介质中存在的多种污染物.此外,对BSPs的局限性进行了分析,对未来研究方向提出了建议.

石墨烯光催化降解甲醛复合材料性能的研究进展

甲醛为室内常见的挥发性有机污染物之一,长期吸入会对人体造成不可逆的伤害。光催化降解甲醛是当今净化甲醛的研究热点与市场首选,但单一的光催化剂仍存在一些问题。石墨烯是一种新型二维碳材料,具有大比表面积、高导电率、强化学稳定性等特点,在光催化技术领域展示出良好的应用前景。本文详细介绍了石墨烯光催化降解甲醛复合材料的机理,总结了石墨烯/光催化降解甲醛二元与三元复合材料相关性能的研究进展,分析了现存问题,对未来的发展方向进行了展望。

构筑可持续生物炭修饰钨酸铋复合光催化剂实现基于增强电荷转移效应的高效水净化

近年来,全球环境问题日趋严峻,水体中的农药污染愈发严重,亟待解决.光催化作为一种绿色高效的技术,在环境修复领域具有较高的应用价值.然而,光生载流子的快速复合和电荷利用效率低是制约光催化效率的关键问题.生物炭(BC)是一种新兴的碳质材料,来源于可持续利用的生物质废物,因其出色的吸附能力在污染物去除方面备受关注.因此,设计并开发功能化改性的BC基复合光催化剂,有望快速修复农药污染,推动高效、可持续的光催化污水净化技术的发展.本文首先以木屑生物质为原料,在厌氧条件下热解制备了不同氮含量掺杂的BC(Nx-BC,x代表尿素与BC的质量比).然后,以乙二醇为溶剂,将Nx-BC与Bi2WO6前驱体溶液混合,通过溶剂热反应制备一系列Bi2WO6/氮掺杂BC复合材料(BWO/Nx-BC),并用于可见光照射下光催化降解毒死蜱(CPs)农药.X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和傅里叶红外光谱等结果表明,成功制备了BWO/Nx-BC复合材料.紫外-可见漫反射光谱结果表明,BWO/Nx-BC能有效吸收可见光,结合X射线光电子能谱分析,确定了其导带和价带位置.特别是,氮掺杂后的BWO/N3-BC在电子导电性提高的同时,还保持了良好的吸附性能,有效避免了光生载流子的重组.通过光致发光光谱、时间分辨光致发光光谱、光电流强度曲线和电化学阻抗曲线研究了光催化剂的载流子分离和重组行为.结果表明,BWO/N3-BC表现出较好的光催化降解效率,仅需0.5 h即可降解99.0%的CPs,其降解速率分别是纯BWO和纯N3-BC的2.91倍和12.13倍.BWO/N3-BC复合材料在8次循环使用后仍保持稳定.同时,考虑到真实水体环境的复杂性,本文还系统地探讨了不同操作参数对光催化降解活性的影响.自由基清除实验和电子顺磁共振结果表明,该反应的关键活性物质有•O_(2)^(-)、•OH和h^(+),其中•O_(2)^(-)是最主要的活性物质,并结合实验结果推测了BWO/N3-BC吸附-光降解的协同增效机制.利用高效液相色谱-质谱技术研究了CPs的降解中间体,提出了三种可能的降解途径,并对每种途径进行了详细分析.最后,通过生态毒性试验(大肠杆菌的培养)和毒性评估软件工具对CPs及其中间体的潜在生态毒性进行了系统评估.综上所述,本文通过直接煅烧辅助溶剂热法成功制备了BC基光催化剂,并揭示了其促进CPs光降解的机理,这为环境可持续的光催化循环经济提供了参考,也为光催化技术与废弃生物质高值利用相结合,实现环境修复开辟了新思路.

光催化氧化技术处理废水中抗生素的研究进展

本文综述了光催化氧化技术处理废水中抗生素污染物的研究现状,主要介绍了半导体光催化剂、光催化复合膜及一些与光催化氧化技术相关的联合技术在废水抗生素污染物处理领域的应用进展,同时详细地介绍了各种方法对抗生素污染物的处理效果及其优缺点。最后,展望了光催化氧化技术在废水中抗生素污染物处理领域未来的研究重点和发展趋势。

碳量子点修饰g-C_(3)N_(4)缓解二苯醚类除草剂污染

为加速二苯醚类除草剂在可见光环境的降解,以玉米芯制碳量子点修饰石墨相氮化碳,合成一种非金属型光催化剂.考察在该催化剂作用下,氟磺胺草醚、三氟羧草醚和乙氧氟草醚等的光解行为及光解前后毒性.结果表明,氟磺胺草醚在可见光照射下的光解速率最大、其次为乙氧氟草醚,光照3 h的降解率即达99%和91%,而三氟羧草醚的光解速率最低、须光照至8 h才能达到90%的降解率.由高斯软件计算NPA(Natural Population Analysis)电荷分布得福井函数和双描述符,预测反应位点并结合液质联用分析降解产物,推测除草剂的降解过程应包括裂解、水解、脱卤、还原和羟基化等,证明了空穴和羟基自由基在其中的作用.观察玉米种子的生长实验,发现氟磺胺草醚的毒性略高于乙氧氟草醚,但二者经光照处理后毒性均显著下降,三氟羧草醚及其光解产物显示为低毒性.

高效降解盐酸四环素的CdS/BiOCl复合光催化剂的制备及性能

采用水热法制备了BiOCl超薄纳米片,并将CdS纳米晶体沉积于BiOCl表面制备CdS/BiOCl复合光催化剂。XRD测试结果证明CdS的沉积不会改变BiOCl的晶体结构。XPS测试结果表明CdS/BiOCl复合材料已被成功合成。SEM及HRTEM测试结果证明,CdS纳米晶体均匀沉积在BiOCl的表面。荧光光谱分析数据表明CdS/BiOCl复合材料的电子-空穴分离效果得到有效提高,均优于纯BiOCl材料,且随着Cd(Ac)_(2)·2H_(2)O添加量的增加,复合材料的荧光光谱强度呈现先减弱后增强的现象。根据紫外可见漫反射光谱及XPS价带谱测试结果,计算出复合材料的价带与导带电位。以盐酸四环素作为模拟污染物评价光催化剂的活性,结果表明,CdS/BiOCl复合材料光催化活性更高,仅需经过5 min的可见光照射后,优选的CdS/BiOCl(CB-8)复合材料对盐酸四环素的去除率可达70.6%,为纯BiOCl的16.2倍。最终,根据XPS价带谱和活性物种捕获实验结果推测了CdS/BiOCl复合光催化剂的光催化反应机理。

Mn掺杂Zigzag(8,0)型单壁碳纳米管吸附甲醛分子的密度泛函理论研究

甲醛是一种对人体健康造成巨大威胁的污染物。气态甲醛浓度的准确检测对大气空气治理评估和室内环境安全均有重要意义,而高效传感器的研发则是甲醛分子检测技术优化的关键。本研究通过基于第一性原理的DFT计算软件VASP,对甲醛分子在Mn掺杂Zigzag(8,0)型单臂碳纳米管上的吸附特性进行研究。结果表明:Mn掺杂Zigzag(8,0)型单臂碳纳米管是一种稳定的分子构型。区别于在原始CNT上的物理吸附过程,甲醛分子在Mn掺杂CNT上的吸附键长更短,吸附能更大,属于化学吸附过程。同时,甲醛分子在Mn掺杂CNT上的吸附过程还伴随着明显的电荷转移。吸附过程发生后,吸附样品的光吸收曲线在580~705 nm以及365~447 nm的范围内出现明显的蓝移,在307~360 nm的范围内出现了明显的红移。

金属有机框架MIL-101(Fe)用于增强光催化降解含油污水中的原油

利用溶剂热法合成了一种稳定的金属有机框架(MOF)MIL-101(Fe),并作为一种新型光催化剂提高了油田废水中原油的降解性能。通过对反应条件的优化,确定了以下最佳参数:暗反应时间为30 min,光反应时间为30 min,p H值为5.5,催化剂量为150 mg/L,反应温度为303.15 K。在这些反应条件下,去除率达到了94.73%。本研究是铁基MOFs在油田废水光催化降解中的应用。MIL-101(Fe)在温和的酸性条件下表现出良好的稳定性,并且可以有效地循环利用。这些发现为利用MIL-101(Fe)作为一种很有前途的工业应用材料,通过光催化降解从受油污染的水中去除原油提供了有价值的见解。

宽光谱响应范围的氮化碳纳米片的制备及其光催化产氢性能研究

以块体氮化碳(CN)为前驱物,采用氧化剥离制备氧化型氮化碳纳米片(o-CN NSs),将o-CN NSs还原制得了还原型氮化碳纳米片(r-CN NSs)。o-CN NSs和r-CN NSs厚度均约2 nm,且都保留了纯CN的庚嗪环骨架结构;相比于o-CN NSs,r-CN NSs具有更小的禁带宽度(2.62 eV)、更宽的光响应范围(485 nm)和更高的产氢速率(1700μmol/(g·h));r-CN NSs的光催化产氢速率是CN的8.5倍、o-CN NSs的2.1倍。经过20 h的循环测试,r-CN NSs的光催化产氢速率没有衰减,具备良好的光催化稳定性。实验和理论分析表明,r-CN NSs是边缘基团为氨基的纳米片结构,氨基的引入改善了纳米片的结晶性,提高了电子和空穴的分离效率、拓宽了纳米片的光响应范围,从而导致光催化性能增强。

CdS/Nb_(2)O_(5)异质结材料的制备、表征及光催化降解环丙沙星研究

采用水热法制备了CdS/Nb_(2)O_(5)纳米复合材料,利用X-射线衍射光谱(XRD)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)、X-射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)对制备的材料进行表征。通过可见光下降解环丙沙星评价材料的光催化活性。结果表明,制备的CdS/Nb_(2)O_(5)纳米复合材料由CdS纳米颗粒分散于Nb_(2)O_(5)纳米笼表面,二者形成紧密的Ⅱ型异质结;CdS的引入增强了Nb_(2)O_(5)的可见光吸收性能,同时提高了光生载流子的分离效率;当CdS的含量为15%时,CdS/Nb_(2)O_(5)可在60 min实现环丙沙星的高效降解,其反应速率常数是CdS的7.5倍,Nb_(2)O_(5)的20倍,空穴是该降解反应的主要活性物种,研究结果为抗生素废水的高效治理提供了一条新思路。

N-CDs@Nb_(2)O_(5)-AMMC纳米材料的制备及其可见光催化性能研究

通过工艺简单的水热法成功制备出N-CDs和不同含量N-CDs修饰的N-CDs-X@Nb_(2)O_(5)-AMMC纳米材料。对N-CDs-X@Nb_(2)O_(5)-AMMC进行XRD、SEM、TEM、FT-IR、XPS和UV-vis DRS等表征分析。结果表明,经过N-CDs改性之后Nb_(2)O_(5)-AMMC的带隙变窄,样品的吸收边红移和光吸收范围变宽,从而有利于提高光催化性能。另外,N-CDs减少了电子传输的阻力,有利于光生电子向N-CDs结构的转移,同时光生载流子的迁移及分离效率提高,有利于光催化反应的进行。与纯Nb_(2)O_(5)-AMMC相比,N-CDs-X@Nb_(2)O_(5)-AMMC在可见光下光催化降解TC-HCl的性能均有提高,其中样品N-CDs-1@Nb_(2)O_(5)-AMMC的降解效率最高,1 h内对TC-HCl的降解率能达到63.2%,是纯Nb_(2)O_(5)-AMMC的1.59倍。

rGO/CdS@HAP复合微球的光催化活性增强机理

为提升CdS基复合材料的光催化活性和稳定性,运用水热法在CdS@HAP(羟基磷灰石)微球表面包覆rGO(还原氧化石墨烯)并制备rGO/CdS@HAP光催化材料,利用XRD(X射线衍射)、SEM(扫描电子显微镜)、UV-vis(紫外-可见吸收光谱)等手段分析材料的晶体结构和理化性质,结合MB(亚甲基蓝)的光催化降解实验探讨rGO/CdS@HAP的光催化活性增强机理。结果表明:rGO/CdS@HAP具有中空微球结构,直径4—5μm,rGO以薄纱状均匀包裹在CdS@HAP表面;rGO/CdS@HAP具有优异的可见光吸收能力,在可见光辐射120 min后对MB的去除率高达94%,在光催化循环实验中表现出优异的光催化活性和稳定性。机理分析证实,由CdS和HAP构建的Ⅰ型异质结带隙较窄,有助于提升复合材料对可见光的吸收和利用,rGO在CdS@HAP表面的包覆提升载流子分离效率的同时为光生空穴提供高速的传输路径,有效抑制CdS的光腐蚀,从而实现rGO/CdS@HAP光催化活性和稳定性的显著增强。

乙酰丙酮分光光度法在室内甲醛检测中的应用

目的:为有效利用乙酰丙酮分光光度法,对室内甲醛含量进行检测。方法:通过控制样品采集、实验检测过程,验证乙酰丙酮分光光度法检测室内甲醛含量的回收率和精密度,并对6户住宅装修后的室内甲醛浓度进行检测。结果:吸光度和甲醛含量的线性回归方程为Y=0.00468X+0.000413,R^(2)=0.9998。乙酰丙酮分光光度法检测的3组5μg/mL甲醛标准溶液回收率范围为87.46%~97.28%,相对标准偏差(RSD)分别为:1.25%、0.90%、0.64%,都小于1.5%,重复性较好;6户住宅装修后的甲醛质量浓度满足国家标准,均小于0.08 mg/m^(3)。结论:乙酰丙酮分光光度法对于检测室内甲醛钠的结果良好可靠。

酚醛树脂/蒙脱土浸渍改性杉木工艺及密实化研究

以酚醛树脂和蒙脱土混合后溶液为改性剂,正负压仿呼吸环境下浸渍改性杉木板材,探讨了负压压力、负压时间、正压压力、正压时间对杉木板材增重率的影响;通过正交试验确定最佳处理工艺,在最优工艺浸渍杉木板材基础上进行压缩密实化处理,分析改性后杉木的密度、增重率、表面硬度、力学性能、尺寸稳定性和阻燃性,并通过扫描电镜和红外光谱对木材微观形貌、官能团进行表征。结果表明:当负压压力–0.095 MPa、负压时间20 min、正压压力1.5 MPa和正压时间1.5 h,改性杉木的增重率最大。在此浸渍工艺处理下,压缩密实化处理后的杉木密度由0.328 g/cm3提升至0.784 g/cm^(3),静曲强度、弹性模量和表面硬度分别提升了34.7%、38.4%和85.6%;尺寸稳定性结果表明改性杉木的吸水率和体积膨胀率明显降低。扫描电镜表明改性剂主要通过管胞、射线细胞和纹孔渗透,且木材内部孔隙被很好地填充。红外分析表明木材内部游离羟基减少,缔合羟基和醚键数目增多,木材内部引入Si-O-C键,耐火试验结果表明改性材具有良好的阻燃效果。

CdS/石墨烯纳米复合光催化剂的可控合成及其性能研究

光催化技术是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术。为提高光催化效率,利用简单的“自下而上”法合成了尺寸可控,具有中空内核且核与壳之间有一定间隙层的中空蛋黄壳结构型CdS/石墨烯复合光催化剂Hollow CdS@void@GR。采用多晶粉末X-射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)和比表面积测定(BET)表征样品的晶体结构、微观形貌、元素组成和孔结构。采用光催化降解罗丹明B(RhB),采用紫外-可见漫反射光谱仪(DRS)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP)测定Cd^(2+)浓度,分析该材料的光催化性能及抗光腐蚀性能。结果表明:Hollow CdS@void@GR的结构大小可通过PS模板大小、S/Cd比例、超声反应时间及TEOS量进行调控。在强光照射下,由于多级中空结构,中空CdS内核与中空GR外壳之间的协同效应,Hollow CdS@void@GR纳米复合材料表现出较强的光催化活性、优异的光催化稳定性和良好的抗光腐蚀作用。

“双碳”背景下废弃生物质的高值化利用研究

以废弃棉花秸秆为原料,在500℃下热解制备了棉花秸秆活性炭(CSAC),并研究了对亚甲基蓝和酸性品红的吸附特性。同时,以CSAC为载体,采用水热法制备ZnO/CSAC,并初步探索其光催化特性。结果表明:室温下,投加量为6,25 g/L,吸附60,90 min时,CSAC对200 mg/L模拟亚甲基蓝和酸性品红废水的脱色率分别为99.66%和78.20%。对两种染料的吸附过程都更符合准二级动力学,受化学吸附控制,且为放热过程。可见光照射下,ZnO/CSAC的投加量为1 g/L,2 h时对200 mg/L亚甲基蓝的降解率可以达到91.20%。ZnO/CSAC中纳米ZnO呈二维片状组装成绒球状长在CSAC表面,活性反应点位增多,光催化性能良好。

介孔SBA-16负载Nb_(2)O_(5)光催化脱硫催化剂

采用浸渍法制备了Nb_(2)O_(5)/SBA-16催化剂,利用XRD、FTIR、N_(2)吸附-脱附、UV-Vis、SEM、TEM、XRF等方法分析了催化剂结构和性质。以含二苯并噻吩的十二烷溶液为模拟油,分别以30%(w)H_(2)O_(2)和甲醇为氧化剂和萃取剂,考察了催化剂的光催化氧化脱硫性能,优化了工艺条件并提出了催化机理。实验结果表明,Nb_(2)O_(5)/SBA-16催化剂保持了高度有序的介孔结构,且比表面积高、活性组分分散均匀;反应符合一级动力学;选择20%(w)Nb_(2)O_(5)/SBA-16催化剂,当催化剂用量1%(w)、O/S摩尔比10∶1、萃取剂与模拟油体积比1∶1时,脱硫效果最佳,脱硫率达98.06%,循环6次后仍有较高脱硫率;反应的主要活性中间物种为超氧自由基和空穴。

钒酸铋基异质结光催化剂研究进展

综述了钒酸铋(BiVO_(4))基异质结光催化材料的研究进展,针对BiVO_(4)基异质结光催化材料带隙较窄、光生载流子复合率较高等缺点,阐述了BiVO_(4)基异质结光催化材料的异质结类型,详细介绍了BiVO_(4)基异质结光催化材料在水分解领域、降解有机污染物、还原CO_(2)和重金属离子领域的研究进展,分析了BiVO_(4)基异质结光催化材料目前存在的问题,对今后的研究重点和方向做出了展望。

核壳结构C-TiO_(2)纳米复合材料用于高效光催化降解有机染料

化工、纺织印染与农药化肥等产业的蓬勃发展推动着人类社会的进步,但同时也给环境治理带来了巨大难题。目前,光催化降解局限于在特定波长下针对单一有机污染物进行降解,然而现实中的情况往往更复杂。因此,开发一种多功能光催化材料用于光催化降解不同有机污染物显得尤为重要。采用一步无模板溶剂热法合成了核壳结构的C-TiO_(2)复合材料前驱体,并在氩气气氛下煅烧得到高结晶度的C-TiO_(2)复合光催化材料。运用SEM、TEM、XRD和TG等表征手段对材料进行表征,结论如下:550℃煅烧时的样品为包含少量碳的高结晶度的锐钛矿相TiO 2,且550℃煅烧时的样品依然保持了完整的核壳结构。此外,C-TiO_(2)复合材料的比表面积高达85.69 m 2·g^(-1),平均孔径为16.4 nm以及孔体积为0.423 m 3·g^(-1)。在UV-Vis光照射下,C-TiO_(2)复合材料分别对罗丹明B(RhB)、亚甲基蓝(MB)和刚果红(CR)3种染料显示出增强的光催化降解活性。

CeO_(2)可见光催化合成APEG保坍抗泥型聚羧酸减水剂

可见光异相催化合成聚羧酸系减水剂是进一步提高单体活性种生成率和减水剂性能的有效手段。本文以CeO_(2)为催化剂,(NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)为引发剂,烯丙基聚氧乙烯醚(APGE-1000)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和马来酸酐为单体,可见光催化聚合制备出APEG保坍抗泥型聚羧酸减水剂,初始及含泥净浆流动度分别为295 mm和275 mm,30min后经时损失均为零,展现出良好的分散性、保坍性和抗泥性,性能优于相同条件下热聚合制备的同种减水剂。系统表征发现,两者性能存在差距的原因是分子量不同,但两种减水剂具有相同的水化和抗泥机理,均能延缓水泥水化进程并使蒙脱土层出现不完全的剥离或分叉,与聚合方式无关;并且CeO_(2)具有吸收可见光的能力,在可见光照射下可产生的·OH和·O_(2)^(-)参与聚合反应,促进单体活性种的生成,提高了聚羧酸减水剂的分子量和应用性能。