宏观尺寸大孔-介孔TiO2-SiO2光催化剂的制备及其在染料降解中的应用宏观尺寸大孔-介孔TiO2-SiO2光催化剂的制备及其在染料降解中的应用

以柱撑式环氧树脂大孔聚合物为模板,制备宏观尺寸的大孔-介孔SiO₂;以其为载体,通过钛酸四丁酯原位水解和高温焙烧制得大孔-介孔TiO₂纳米晶-SiO₂复合材料。应用SEM、TEM、XRD、FTIR和N₂吸附-脱附法对材料进行表征。以偶氮荧光桃红为模拟污染物,用氙灯模拟日光光源,考察了不同条件下大孔-介孔TiO₂-SiO₂的光催化性能。结果表明,大孔-介孔SiO₂具有三维连续贯通的大孔孔道,孔壁为连续的纳米SiO₂薄膜;TiO₂纳米晶以纳米薄膜的形式均匀地原位生长在SiO₂纳米薄膜的两侧,得到的复合材料孔壁上存在丰富的介孔。当焙烧温度为600℃、TiO₂的负载量为15.7wt%、染料溶液浓度为10 mgL-1且pH为3时,大孔-介孔TiO₂-SiO₂光催化剂对污染物的光催化降解效率最高,而且具有良好的重复使用性。      

三维有序介孔结构氧化钼制备及催化性能

以三维有序介孔分子筛KIT-6为模板剂制备碳模板, 七钼酸铵为钼源, 采用超声辅助下的真空浸渍法, 合成了三维(3D)有序介孔、蠕虫状介孔MoO₃。采用TEM、HRTEM、SAED、XRD、TG/DT、N₂吸脱附等对材料物理性能进行了表征。采用H₂-TPR、甲苯和一氧化碳完全氧化等对催化性能进行了评价。研究发现: 制备的三维有序介孔MoO₃为正交相晶体结构, 比表面积194 m²/g; 在转化率分别为50%、90%、100%时, 甲苯的起燃温度分别为203℃、215℃、225℃; CO起燃温度分别为114℃、158℃、180℃。3D-MoO₃优良的催化性能与高比表面和三维有序介孔架构密切相关。     

二氧化钛纳米棒的制备及其晶体生长机理分析

采用溶剂热法合成具有高结晶性与单分散性的TiO₂纳米棒. 采用TEM、XRD、HRTEM等对样品的微观结构进行表征, 并考察了TiO₂纳米棒对亚甲基蓝的光催化性能. 通过控制反应时间、反应温度, 研究纳米棒的形貌演变规律.结果表明, 可以通过“奥斯特瓦尔德熟化”和“取向接触”两种晶体生长过程制备出棒状TiO₂纳米晶, 降低纳米晶的表面能是晶体生长与形貌演变的主要驱动力; 高结晶性的TiO₂纳米棒具有高于P25的光催化能力.     

水溶性TiO2离子液体纳米杂化材料的制备与应用

TiO₂纳米颗粒具有较强的氧化性, 作为光催化剂, 可以在阳光照射下减少或消除有机污染物。为提高TiO₂纳米颗粒分散性和溶解性, 研究其在不同领域, 特别是环境保护领域的应用, 本实验室用两步法制备得到黄色透明的水溶性TiO₂离子液体纳米杂化材料。在这个杂化体系中,有机磺酸基团作为冠层可以提供“自溶剂”成为TiO₂纳米粒子的分散体。分散实验表明：TiO₂离子液体纳米杂化材料表面的水溶性有机物在水中具有良好的溶解性, 容易去除, 可应用于家居装饰表面。光催化降解甲醛的研究表明：TiO₂离子液体纳米杂化流体具有良好的光催化性能。水溶性TiO₂离子液体纳米杂化材料有望成为未来环境保护的发展方向。     

银掺杂TiO2可见光催化剂的制备与表征

制备了Ag掺杂二氧化钛可见光催化剂(Ag/TiO₂),优化了Ag掺杂量、焙烧温度、焙烧时间等制备条件，采用SEM、EDS、XRD、FT-IR、TGA等对Ag/TiO₂进行了表征。结果表明，在Ag掺杂量为1.0%、焙烧温度800℃、焙烧时间3h的优化条件下，Ag/TiO₂在可见光下降解40mg/L的亚甲基蓝，降解率达到了96.85%,与TiO₂在紫外光条件下的光催化降解相当。表征结果表明，Ag被成功地掺杂到了粒子表面，且在TiO₂的表面缔合，这有效地拓宽了TiO₂在可见光区的吸收，增强了Ag/TiO₂光催化剂的光谱响应，大幅度提高了Ag/TiO₂在可见光下的催化活性。     

油酸修饰TiO2纳米棒的溶剂热合成及形貌调控研究

采用溶剂热法在两种不同反应体系中制备TiO₂ 纳米棒, 采用X射线粉末衍射法(XRD)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)和热重分析(TG)对产物的结构、形貌和表面修饰状态进行表征。结果表明, 表面修饰和结晶过程是影响TiO₂ 纳米棒形貌的主要因素, 在无水反应体系中, 当钛盐与油酸配比为1︰10时所制TiO₂ 纳米棒的长径比可达11.5, 是相同配比水解反应体系产物的2.3倍。这一方面是因为油酸在TiO₂表面的选择性吸附促使晶粒沿一维方向生长, 增加其用量提高了纳米棒的长径比; 另一方面, 无水体系反应速率较水解体系缓慢, 有利于晶粒的充分生长和纳米棒之间的“定向附着”, 显著增大了纳米棒的长径比。所得最佳长径比TiO₂ 纳米棒对变压器油的正冲击击穿强度显示出良好的改性作用。     

复合氧化物的设计合成及其NH3-SCR催化性能研究

以两种表面活性剂Brij-35和P123作为介孔结构造孔剂, 通过水热晶化法, 制备多种活性组分V₂O₅、WO₃、CuO和Al₂O₃共负载的ZrO₂-TiO₂(ZT)基介孔复合氧化物催化剂V₂O₅-WO₃-CuO-Al₂O₃/ ZrO₂-TiO₂(简称VWCuAl/ZT)。研究结果表明, 活性组分均匀分散于介孔载体中, 该复合催化材料针对NO的NH₃-SCR催化反应中, 相比于浸渍法制备的非介孔I-VWCuAl/ZT和商用催化剂V₂O₅-WO₃/TiO₂(V-W/Ti)表现出优异的低温催化活性和稳定性, 可以在较宽温度范围(200℃~500℃)内实现NO的高效催化还原。     

离子液体对可磁分离TiO2光催化材料结构和性能的影响

采用溶胶-凝胶法分别在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐[BMim]BF₄、1-丁基-吡啶四氟硼酸盐[BPy]BF₄和1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[BMim]Ac的辅助下制备可磁分离TiO₂/CoFe₂O₄(TCF)光催化材料, 采用X射线衍射分析(XRD)、N₂吸附-脱附分析(BET)和透射电子显微镜(TEM)研究了离子液体结构对可磁分离TiO₂的结构和性能的影响。结果显示: 200 ℃焙烧后样品[BMim]BF₄-TCF和[BPy]BF₄-TCF有锐钛矿相TiO₂ 生成, 而样品[BMim]Ac-TCF和TCF只有经400 ℃焙烧才出现锐钛矿相的衍射峰。当焙烧温度为800 ℃时, 样品[BMim]BF₄-TCF主要以锐钛矿相TiO₂存在(相对含量为92.6%), 说明离子液体中含有[BF₄^-]基团能降低锐钛矿相的晶化温度和能提高锐钛矿相高温稳定性。400 ℃焙烧后[BMim]BF₄-TCF和[BPy]BF₄-TCF的比表面积分别为125.7和120.3 m²/g, 高于[BMim]Ac-TCF(77.8 m²/g)和不加离子液体所制备样品TCF(63.7 m²/g)。说明阴离子BF₄^-有利于形成较大比表面积的TiO₂。在模拟太阳光照射120 min后, 经400 ℃焙烧后的样品[BMim]BF₄-TCF、[BPy]BF₄-TCF、[BMim]Ac- TCF对亚甲基蓝的降解速率分别为96%、87%、64%。     

超声辅助溶胶-凝胶法制备中空纤维TiO2超滤膜

TiO₂膜具有亲水性强和热化学稳定性好等优点而用于超滤分离, 但是TiO₂膜以管式膜为主, 渗透通量低且制备周期长。为了提高TiO₂膜的渗透通量, 并缩短膜的制备周期, 本工作以钛酸四丁酯为前驱体, 采用超声辅助溶胶-凝胶法制备高通量的中空纤维负载型TiO₂超滤膜。系统考察了硝酸与钛酸四丁酯的摩尔比(酸钛比)、超声时间和煅烧温度对TiO₂溶胶粒径及膜截留性能的影响。结果表明：当酸钛比为0.25时, 溶胶的平均粒径为3252 nm, 采用超声处理30 s后, 平均粒径减小至1817 nm。采用超声后的溶胶循环涂膜并在350 ℃煅烧两次后可得到完整无缺陷的中空纤维TiO₂超滤膜, 膜层平均厚度为1 μm, 膜的纯水渗透通量为145 L·m^-2·h^-1·bar^-1(1 bar=0.1 MPa), 葡聚糖截留分子量为2586 Da, 对应的平均孔径为2.5 nm。     

Lu2(MoO4)3:Eu3+荧光粉的制备及热增强发光

采用固相法制备了Lu₂(MoO₄)₃:Eu³⁺系列红色荧光粉，利用X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、能谱仪(EDS)和荧光光谱(PL)仪对制备荧光粉的结构、形貌、元素组成及光致发光性能进行表征与分析。实验结果表明Eu³⁺成功掺入基质晶格中并得到Lu₂(MoO₄)₃:Eu³⁺纯相样品，荧光粉颗粒大小在2μm左右。制备温度依赖样品光致发光结果表明1 000℃下制备Lu₂(MoO₄)₃:Eu³⁺样品发光性能最好。煅烧时间依赖样品光致发光结果表明1 000℃下煅烧时间为6 h时样品发光效果最好。反常于荧光粉发光热猝灭现象，Lu₂(MoO₄)₃:Eu³⁺样品在外界测试温度为250℃左右时出现热增强...     

煅烧对纳米TiO2/蛋白土复合材料光催化性能的影响及机理

纳米TiO₂/蛋白土复合材料是一种采用钛盐水解沉淀法在蛋白土表面负载纳米TiO₂的新型光催化剂。本文结合晶型与晶粒度、比表面积和孔结构等性质, 讨论了煅烧工艺对其光催化性能的影响机理。结果表明, 复合材料升温到800℃时仍无金红石相出现, 说明载体蛋白土对TiO₂的晶型转变起到抑制作用。以染料罗丹明B溶液为目标降解物, 250 W汞灯为光源, 评价纳米TiO₂/蛋白土复合材料的光催化性能, 其中600℃煅烧2 h得到的样品具有较优的光催化性能, 照射4 h后, 对罗丹明B的去除率达到97.24%。     

Ce-La-Ag共掺杂TiO2/玄武岩纤维复合光催化剂的制备和性能

以玄武岩纤维(BF)为载体,用溶胶凝胶法将Ce-La-Ag共掺TiO₂负载于BF上制备出Ce-La-Ag共掺杂TiO₂/玄武岩纤维复合光催化剂。用光催化降解氨氮废水,研究了烧结温度和废水的pH值对Ce-La-Ag-TiO₂/BF光催化活性的影响。结果表明：Ce-La离子与纳米Ag颗粒的协同作用使TiO₂的禁带宽度由3.2 eV降至2.15 eV。Ce-La-Ag-TiO₂的光催化活性优于纯TiO₂、Ag-TiO₂和Ce-La-TiO₂,负载到BF使其光催化活性进一步提高。当复合光催化剂的烧结温度为600 ℃、氨氮废水的pH值为10.5、模拟可见光的照射时间为360 min时,Ce-La-Ag-TiO₂/BF对氨氮废水重复降解5次的降解率仍高于88.2%。     

V-N共掺杂TiO2/凹凸棒土光催化复合材料的制备及光催化性能

用溶胶-凝胶法制备了V-N-TiO₂/凹凸棒土光催化复合材料,研究了V-N-TiO₂/凹凸棒土的制备方法、V-N-TiO₂与凹凸棒土的质量比、煅烧温度和煅烧时间对V-N-TiO₂/凹凸棒土光催化性能的影响。在模拟太阳光条件下,以亚甲基蓝溶液为目标降解物,对V-N-TiO₂/凹凸棒土光催化性能进行测定。研究结果表明：当V-N-TiO₂与凹凸棒的质量比为1：3、煅烧温度为300℃和煅烧时间为2 h时,得到的V-N-TiO₂/凹凸棒土光催化复合材料对亚甲基蓝的光催化性能最佳。     

共沉淀法制备新型硅-锆除氟复合材料及物相表征

以氧氯化锆和硅酸钠的盐溶液为原料,采用共沉淀法制备了硅-锆复合的新型除氟材料(Si-Zr),利用SEM、FTIR和XRD分析了其表面形态和内部结构特征,并研究了相关的制备参数对材料除氟性能的影响。结果表明,600℃高温焙烧条件下的新型Si-Zr表面孔隙结构发达,比表面积大,有利于材料对氟离子的吸附; 材料中 Zr与Si以Si—O—Zr复合氧化物的形态结合,其性质结构稳定,对氟离子吸附后不易脱附。在制备参数中,焙烧温度、硅与锆摩尔比和焙烧时间对材料除氟性能的影响较大。     

类鱼骨结构CoFe2O4纳米纤维的制备与性能

采用静电纺丝与高温煅烧相结合的方法, 以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、九水合硝酸铁(Fe(NO₃)₃·9H₂O)和六水合硝酸钴(Co(NO₃)₂·6H₂O)为原料, 制备出了类鱼骨结构的CoFe₂O₄纳米纤维, 并研究了煅烧温度对CoFe₂O₄纳米纤维形貌、磁性能以及微波吸收性能的影响。结果表明: 随着煅烧温度的升高, CoFe₂O₄纤维的结晶度和晶粒尺寸逐渐增大, 纳米纤维的表面形貌由光滑发展为粗糙多孔, 煅烧温度超过800 ℃时, 纳米纤维呈现类鱼骨结构; 随着煅烧温度增加纤维直径逐渐减小, 900 ℃煅烧的纤维平均直径为80.3 nm。所制备的纳米纤维经振动样品磁强计(VSM)测试结果表明, 饱和磁化强度(M_s)随着煅烧温度的升高而增加, 在900 ℃煅烧条件下纤维的M_s达87.13 A·m²/kg。矢量网络分析仪测试结果表明, 不同煅烧温度下纤维的微波吸收性能差异明显, 800 ℃下煅烧的纤维具有最佳的吸波性能。CoFe₂O₄纳米纤维通过磁滞损耗和涡流损耗机制吸收电磁波, 煅烧产生的孔洞和类鱼骨形貌有利于电磁波在孔道表面多次反射从而增加反射损耗。     

Al2O3微滤膜的超疏水改性研究

采用多层自组装技术在Al₂O₃微滤膜表面制备TiO₂纳米涂层, 并利用1H,1H,2H,2H-全氟辛基乙基三乙氧基硅烷(PFDS)对其表面进行氟化处理, 获得超疏水改性膜。通过X射线衍射仪, 傅立叶变换红外光谱仪, 原子力显微镜, 水接触角测试仪和扫描电子显微镜对改性膜进行表征。分析了TiO₂纳米涂层的晶型结构, 探讨了TiO₂沉积时间与改性膜表面粗糙度和疏水性之间的关系, 研究了PFDS改性次数对膜表面形貌和疏水性能的影响规律。结果表明: 在600℃退火1 h后, 获得锐钛矿结构的TiO₂纳米涂层。随TiO₂沉积时间的延长, 膜表面粗糙度增大, 水滴在膜表面的接触由Wenzel状态转变为Cassie状态; 当TiO₂沉积时间为50?min, PFDS改性3次时, 获得理想的微纳米二级超疏水表面形貌, 水接触角达到174.5°。     

VN-Ag-MoO3复合材料的制备及宽温域摩擦学行为

利用真空热压烧结技术制备了VN-Ag-MoO₃复合材料,研究了Ag₂MoO₄对VN基复合材料组织结构及宽温域摩擦磨损性能的影响。结果表明:VN-Ag-MoO₃复合材料组织较致密,主要由VN、MoO₃和Ag组成,其中均匀分布于VN基体的MoO₃和Ag由Ag₂MoO₄经高温分解形成。宽温域摩擦磨损测试表明,Ag₂MoO₄的添加有效改善了室温(RT)~700℃温域范围VN陶瓷的摩擦磨损性能。其中,700℃时Ag₂MoO₄含量为10wt%的VN-10Ag-MoO₃的摩擦系数(0.285)和磨损率(1.37×10?5 mm3/(N·m))分别较VN降低了23%和72%,这归因于磨损表面的氧化钒、钒酸银和钼酸银等高温润滑相起到了优异的润滑及减磨作用。