纳米TiO2光催化降解环境中有机污染物研究进展

有机污染物是目前生态环境中最主要的污染源,对这类物质的控制还缺少经济有效的技术处理手段。纳米TiO2光催化技术是一种绿色环保的污染治理技术,具有催化效率高、性质稳定、成本低和无二次污染等特点。探讨了纳米TiO2光催化原理和几种掺杂改性方法,介绍了纳米TiO2催化降解水中和空气中有机污染物的研究进展,并简要展望了纳米TiO2光催化技术的发展前景。     

纳米TiO2/SiO2负载棉织物的制备及其光催化降解染料的研究

将纳米TiO_2水溶胶和纳米SiO_2水溶胶复配制备环境净化整理剂,并通过轧烘焙工艺对棉织物进行后整理得到纳米TiO_2/SiO_2负载棉织物,然后将其用于不同结构有机染料的光催化降解反应中,重点考察纳米SiO_2的添加量对其在不同pH值反应体系中的光催化降解性能以及重复利用性的影响。结果表明,纳米TiO_2/SiO_2负载棉织物对不同结构的有机染料具有显著的光催化降解性能,能够促进染料分子的共轭体系和芳香环结构的降解反应。纳米SiO_2的添加不仅有利于纳米TiO_2/SiO_2负载棉织物在碱性介质中光催化降解性能的提高,而且也能够改善其重复利用性。     

纳米TiO2固相光催化降解高密聚乙烯

在高密聚乙烯(HDPE)中加入经表面处理的纳米TiO2粒子,用共混法制备HDPE-TiO2纳米复合膜.利用失重、FT-IR、SEM对光照前后的纯膜及复合膜进行表征.实验表明复合膜在空气中能被紫外光有效降解,且其降解速度远远大于纯膜的降解速度.紫外光照780h后,二氧化钛含量为1%的复合膜失重达到了58.1%,而纯膜的光失重率仅为21.2%.     

改性纳米TiO2的制备及光催化降解重金属废水的研究

以钛酸丁酯为钛源,硝酸铈为改性剂,通过溶胶-凝胶法制备了不同稀土Ce掺杂量(0,0.3%,0.6%和0.9%(摩尔分数))的改性纳米TiO2粒子。采用XRD、SEM、UV-Vis、PL和光催化测试等,研究了不同稀土Ce掺杂量对纳米TiO2粒子物相结构、微观形貌、光谱性能和光催化性能的影响。结果表明,制备出的纳米TiO₂粒子均为锐钛矿相,且结晶度较高;掺入稀土Ce后,纳米TiO₂粒子的形貌逐步变为规则的球形,晶粒得到了细化,当稀土Ce的掺杂量为0.6%(摩尔分数)时,TiO₂粒子的晶粒尺寸最为规则,分布最为均匀;稀土Ce掺杂的纳米TiO₂粒子的吸收边带发生了红移,吸收边带增大,稀土Ce的掺杂有效抑制了电子-空穴对的复合;稀土Ce改性纳米TiO₂粒子对重金属废水中Cr(Ⅵ)的降解效率得到了明显提高,当稀土Ce的掺杂量为0.6%(摩尔分数)时,纳米TiO₂在180 min时的降解效率最高为92.7%,相比纯纳米TiO₂的降解效率,提高了16...     

电弧离子镀纳米TiO2光催化薄膜

采用电弧离子镀法在普通玻璃表面制备透明的TiO2薄膜,AFM、XRD分析TiO2薄膜表面形貌和结构,结果表明经过500℃退火后TiO2薄膜主要为锐钛矿结构.对纳米TiO2薄膜进行了亲水性研究和光催化降解有机物甲基橙和罗丹明B的研究,发现在紫外光照射下纳米TiO2薄膜表现出强光催化活性和超亲水性.     

纳米La-TiO2光催化降解甲基橙废水的研究

采用溶胶-凝胶法制备了纯TiO2和La掺杂TiO2复合纳米粉体,通过XRD,UV-Vis等测试手段分析了在紫外光照射下,以降解甲基橙为探针反应研究其可见光催化性能。结果显示样品均为锐钛矿相纳米TiO2,稀土元素镧掺杂后纳米TiO2特征衍射峰宽化,强度降低;掺入的La主要以La2O3的形式存在,同时有一部分形成Ti-O-La键;La掺杂可减小TiO2晶粒尺寸及增大催化剂比表面积;与未掺杂的二氧化钛相比较,适当含量的镧掺杂可有效促进TiO2表面光生载流子的分离,从而显著提高其光催化活性。当La/Ti的摩尔比为0.010时,可见光催化性能最好。     

Ag/TiO2纳米粒子的制备及其光催化降解苯酚的性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子,采用涂覆法制备了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子光催化剂基板样品。使用XRD、SEM和拉曼光谱等手段,对TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子进行了晶格结构和表面形貌研究;通过UV-Vis,研究了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子光催化剂基板样品在光催化反应器中对苯酚的光催化降解性能。结果表明,制备的TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子均为纯净的金红石相,二者表面形貌并没有明显区别,Ag单质粒子成功负载在TiO₂纳米材料上;Ag单质粒子的负载,明显增强了TiO₂纳米粒子对可见光的吸收,且Ag/TiO₂纳米粒子薄膜对苯酚的光催化降解性能明显优于TiO₂纳米粒子薄膜;在光催化降解1 h后,TiO₂纳米粒子薄膜仅催化降解了溶液中30%(质量分数)的苯酚,且光催化降解出现了饱和趋势,而Ag/TiO₂纳米粒子薄膜可催化降解溶液中50%(质量分数)的苯酚,且在光催化降解3 h后,仍未出现饱和趋势。     

纳米TiO2建筑材料光催化净化室内甲醛研究进展

纳米TiO2建筑材料应用于现代家庭室内装饰装修,可以净化室内空气,尤其是甲醛。探讨了TiO2光催化降解室内甲醛气体的机理,重点对玻璃、陶瓷、涂料、板材这四种建筑材料在光催化净化室内甲醛气体的应用做了介绍;详细讨论了纳米TiO2建筑材料光催化活性的主要影响因素是光照强度、相对湿度、气体流速、初始浓度等,并提出金属离子掺杂、阴离子掺杂、共掺杂、贵金属沉积和半导体复合的方法来提高TiO2光催化活性;最后对在实际应用中提高TiO2的可见光利用率以及TiO2与建筑材料之间的相互作用机理研究方面进行了展望。     

改性纳米二氧化钛光催化降解聚乙烯薄膜的研究

以硬脂酸钠改性的纳米TiO2为光催化剂,与LDPE树脂制备了nano-TiO2/PE复合薄膜.研究了该薄膜在紫外光照射条件下的降解性能,并进行了SEM、FI-IR、VHX-100数码显微镜等分析,测试了薄膜经辐照前后的力学性能、质量变化和分子量变化.研究结果表明,该薄膜在紫外光照射下降解性能明显提高,薄膜在40W、254nm的紫外光照射120h后,粘均分子量(Mη)降低27.1%,拉伸强度降低49.1%,断裂伸长率降低91.3%;照射144h后质量损失达16%(质量分数);辐照后薄膜的羰基含量升高.     

CdS、Ag+掺杂改性纳米TiO2光催化降解有机物研究

在理论分析的基础上对纳米TiO₂分别进行掺CdS和掺银改性实验研究。采用XRD和粒度分析技术对改性后的样品进行表征,并以掺杂CdS、Ag⁺纳米TiO₂进行光催化降解甲基橙模拟实验。结果表明,掺杂CdS、Ag⁺纳米TiO₂在可见光范围内降解有机物的效率有较大提高。     

水热合成纳米TiO2-Fe2O3复合材料及其光催化性能

以TiCl4,FeCl3·6H2O和NH3·H2O为原料,把TiCl4和FeCl3·6H2O按照化学计量比共同水解,得到的水合氧化物中间体放入高压釜中在180℃、0.8MPa下进行反应,经过滤、洗涤、烘干,得到纳米TiO2-Fe2O3复合材料.XRD分析证明产品为锐钛矿结构.TEM形貌观察,粒子基本为球形,粒径20～30nm;将样品均匀分散在甘油-水混合液中,利用UV-1200紫外-可见分光光度计测试了样品的光吸收性能,发现该纳米复合材料对紫外光和可见光均有很强的吸收.利用该纳米复合材料作为光催化剂对有机染料溶液进行了降解实验,发现在日光照射180min后,对酸性红B染料的降解率接近100%.     

Large-sized nano-TiO2/SiO2 mesoporous nanofilm-constructed macroporous photocatalysts with excellent photocatalytic performance

Novel large-sized mesoporous nanofilm-constructed macroporous SiO₂ (LMNCMS) with two sets of well-defined 3D continuous pass-through macropores (pore size of 0.5–1.0 μm, wall thickness of 40–50 nm) was prepared through a dual-templating approach, and used as an advanced support for TiO₂ nanocrystalline photocatalyst. The structural and optical properties of the as-prepared materials were investigated by various characterization techniques in order to explore the connections between catalysts’ features and catalytic performance. The photocatalytic activities were evaluated by degradations of methylene blue (MB) and phenol under the simulated sunlight irradiation. To gain insight into the impact of preparation and operation conditions on photocatalytic degradation processes, experiments were conducted at wide ranges of the TiO₂ loading content, calcination temperature, solution pH, and photocatalyst dosage. Nano-TiO₂/LMNCMS exhibited high photocatalytic activity and stability. Rapid matter transport, good accessibility of pollutants to TiO₂ and high light harvesting could mainly account for the superior photocatalytic performance. The trapping experiments were performed to identify the main reactive species in the catalytic reactions.     

纳米TiO2 / 再生纤维素复合薄膜的制备及光催化性能

在1-烯丙基-3-甲基咪唑氯室温离子液体中, 将纳米TiO₂粉末与纤维素浆粕进行溶液共混, 所得纤维素用水再生后, 经过超临界CO₂干燥处理, 制备了不同TiO₂ 含量的纳米TiO₂ / 再生纤维素复合膜。通过扫描电子显微镜(SEM) 、X 射线衍射(XRD) 、傅立叶变换红外光谱( FTIR) 对所得薄膜的形貌、结构进行表征。利用PCC-2 型光催化活性检测仪测试薄膜在紫外光下光催化降解亚甲基蓝的能力, 评价薄膜的光催化活性。讨论了纳米TiO₂ 含量、超临界CO₂ 干燥和真空干燥对薄膜性能的影响。结果表明: 复合膜的光催化活性达到所用TiO₂粉体的90 %; 经超临界CO₂ 干燥处理所得复合膜的光催化活性明显高于真空干燥所得复合膜的活性; 纳米复合膜的光催化活性随TiO₂ 含量的增加先升高后降低, 含量为5 %时光催化活性最高。      

民政专用纳米光催化空气净化消毒机的设计与实现

为解决民政行业殡仪场所空气污染问题,研制了一种专用于殡仪场所空气净化的消毒机.以滤网过滤技术、活性炭吸附技术、纳米光催化技术为设计基础,应用改进混沌优化算法与智能PID 最优控制算法设计了智能风面控制系统,优化设计了空气消毒机的结构参数,最后制作样机.结果表明,设计的纳米TiO₂光催化空气净化消毒机具有良好的消毒能力且操作简便,对环境空气具有良好的消毒净化功能,可替代紫外线用于殡仪场所空气净化和消毒.     

稀土铈/纳米TiO2复合抗菌剂的研究

制备出稀土铈掺杂锐钛型纳米TiO2复合抗菌功能材料,该抗菌材料与不掺杂的纳米TiO2相比,在可见光下对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌的混合菌具有较好的抑菌效果,随着Ce4+的摩尔浓度增加,制备的试样的抗菌能力越强.其原因(1)铈掺杂激活纳米TiO2在可见光下的催化活性,使其光催化杀菌能力增强,(2)Ce4+本身具有较好的杀抑菌能力.     

等离子体电解氧化法制备多孔TiO2/V2O5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TiO₂光催化剂的工业化应用。为此,本文在含有NH₄VO₃的磷酸盐溶液中,采用等离子体电解氧化(PEO)法制备了多孔TiO₂/V₂O₅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NH₄VO₃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TiO₂组成,具有微孔结构,V₂O₅主要以无定形形式存在于膜中,与TiO₂有很强的相互作用,影响TiO₂的晶面间距。研究发现,元素V抑制了TiO₂的结晶和金红石型TiO₂的形成,扩大了薄膜的光学吸收范围。针对Na₂S+ Na₂SO₃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 NH₄VO₃的电解液中制备的TiO₂/V₂O₅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。     

聚丙烯酸酯/纳米TiO2复合材料的制备与性能

通过无皂-原位乳液聚合法,以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯为原料,采用反应性乳化剂1-烯丙氧基-3-(4-壬基苯酚)-2-丙醇聚氧乙烯醚硫酸铵(DNS-86)制备聚丙烯酸酯/纳米TiO2复合材料。采用红外光谱(FT-IR)、动态激光光散射(DLS)、透射电镜(TEM)等检测手段对复合材料的结构进行了表征,通过力学性能、耐水性测试研究了纳米TiO2对复合材料性能的影响。FT-IR测试结果表明纳米TiO2与聚合物发生了相互作用,有少量的TiO2被接枝到聚合物分子中。DLS测试结果表明与纯聚丙烯酸酯相比,聚丙烯酸酯/纳米TiO2复合乳液乳胶粒的平均粒径和粒径分布都有所降低。TEM测试结果表明纳米TiO2分布在聚合物基体中。复合材料的性能测试结果表明,当纳米TiO2的加入量为0.5%时,聚丙烯酸酯/纳米TiO2复合材料的综合力学性能较好;纳米TiO2的加入可提高复合材料的耐水性。     

Solid-phase crystallization of β-FeSi2 thin film in Fe/Si structure

Dependence of solid-phase growth of β-FeSi₂ thin films on the crystal orientation of Si substrates has been investigated by using a-Fe (thickness: 20 nm)/c-Si(100), (110) and (111) stacked structures. X-ray diffraction (XRD) measurements suggested that the substrate orientation dependence of the formation rate of β-FeSi₂ was as follows: (100)>(111)>(110). This dependence can be explained on the basis of the lattice mismatch between β-FeSi₂ and Si substrates, i.e., the lattice mismatch between β-FeSi₂(100) and Si(100), β-FeSi₂(110) or (101) and Si(111), and β-FeSi₂(010) or (001) and Si(110) of 1.4-2.0%, 5.3-5.5% and 9.2%, respectively. The substrate orientation dependence of solid-phase growth becomes relatively remarkable for very thin films.     

Preparation and visible photocatalytic dye degradation of Mn-TiO2/sepiolite photocatalysts

The performance of Mn-TiO₂/sepiolite photocatalysts prepared by the sol-gel method and calcinated at different temperatures was studied in the photocatalytic degradation of direct fast emerald green dye under visible light irradiation, and a series of analytical techniques such as XRD, SEM, FTIR, TG-DSC, XPS, UV-vis-DRS and Raman spectroscopy were used to characterize the morphology, structure and optical properties of the photocatalysts. It is found that the anatase TiO₂ was formed in all photocatalysts. Mn⁴⁺ might incorporate into the lattice structure of TiO₂ and partially replace Ti⁴⁺, thus causing the defects in the crystal structure and the broadening of the spectral response range of TiO₂. At the same time, TiO₂ particles were dispersed on the surface of the sepiolite, which immobilized TiO₂ particles with sepiolite via the bond of Ti−O−Si. Mn-TiO₂/sepiolite calcined at 400 °C exhibits the highest photocatalytic activity and the degradation rate of direct fast emerald green is up to 98.13%. Meanwhile, it also shows good stability and universality.