Gd3+掺杂TiO2纳米粉体的晶粒尺寸、表面特性和光催化活性

利用酸催化的溶胶-凝胶法制备了纯的和不同Gd³⁺掺杂量的TiO₂纳米粉体，并用XRD、BET、XPS、SPS等技术对样品进行了表征.研究了Gd³⁺掺杂量和焙烧温度对样品光催化降解亚甲基蓝的活性、相结构、晶粒尺寸和表面织构特性的影响，并结合表面光电特性和表面组成等探讨了Gd³⁺掺杂对纳米TiO₂的光催化活性的影响机制.结果表明：与纯TiO₂相比，适量掺杂Gd³⁺可以显著提高其光催化活性.当Gd³⁺掺杂量为0.5%（质量），焙烧温度为500 ℃时，TiO₂复合纳米粉体的光催化活性最佳，其锐钛矿含量为100%，平均晶粒粒径为15.55 nm，比表面积为12.81 m²·g^-1.Gd³⁺掺杂强烈地抑制TiO₂由锐钛矿相向金红石相的转变，减小晶粒尺寸，提高光响应阈值，这三方面均有利于提高光催化活性.XPS分析表明，Gd³⁺掺杂导致TiO₂纳米粉体的表面羟基含量降低.     

TiO2纳米管的制备及对O3的催化性能

用水热法制备了高比表面积的TiO₂纳米管，通过TEM、XRD及BET进行物化表征，试验得到外径5～7 nm、壁厚1 nm左右、长200～300 nm、比表面积276 m²·g^-1的锐钛型TiO₂纳米管。试验考察了TiO₂纳米管的吸附性能及对O₃的催化性能和本征反应动力学，结果显示：60 min时O₃/UV/TiO₂纳米管较O₃/UV/P25和O₃/UV对垃圾渗滤液的COD去除率分别提高了20.83%和32.65%；293 K时0.5 g TiO₂纳米管对COD的最大吸附量为P25的1.34倍，对COD去除率贡献为10.14%； 2 h内O₃/UV/TiO₂纳米管工艺的总反应表观速率常数k分别是O₃/UV/P25工艺的1.19倍和O₃/UV工艺的1.80倍；得出两种催化工艺k-T关系方程，反应表观活化能E_a,nanotube比E_a,P25降低了2.925 kJ·mol^-1。     

负载型TiO2/SiO2光催化降解苯酚的研究

以白炭黑为载体、聚乙烯醇 (PVA) 和 Ti(SO₄)₂ 为原料， 在分散剂存在下直接焙烧制备超细负载型 TiO₂/SiO₂ 光催化剂， 结果表明， 在450 ℃焙烧2 h所制 SO₄^2-/TiO₂-SiO₂（SO₄^2-质量分数3.4%，TiO₂∶SiO₂=1∶6，比表面积54 m²/g）具有最佳光催化效果。光催化苯酚结果显示,在紫外灯下光降解苯酚（＜100 mg/L）符合零级动力学方程，催化活性随pH值的增加而增加，pH=10时表观速率常数[WTBX]k[WTBZ]=0.33 mg/L·min，为苯酚废水处理提供了一条简便易行、成本低廉的方法。同时考察了光催化剂制备因素对催化剂活性的影响。     

液相沉淀法制备纳米TiO2及其光催化性能的研究

提出了一种以TiSO₄为前驱体的制备锐钛矿型纳米TiO₂的液相沉淀法。通过控制适宜的制备条件，可将Ti^4+的初始浓度提高到15 mol·L^-1。以丙烯酰胺的光催化降解为模型反应，考察了所制备TiO₂的光催化活性。与萃取沉淀法制备的TiO₂和工业催化剂相比，该法制备的TiO₂不仅产率高，而且催化活性较好。     

钨离子掺杂对钛片表面TiO2薄膜光催化活性的影响

采用溶胶-凝胶法制备了负载在钛片上掺杂W⁶⁺的TiO₂薄膜光催化剂。研究结果表明,焙烧温度为520 ℃,TiO₂薄膜光催化剂活性最好;W⁶⁺的掺杂提高了TiO₂薄膜的光催化活性。当W⁶⁺掺杂浓度为6.04×10¹⁶个·cm^-3时,W⁶⁺-TiO₂薄膜光催化剂光催化活性最高,XRD结果表明,掺杂W⁶⁺前后TiO₂均为锐钛矿相,并未检测出任何钨的氧化物。     

Mn2+-SiO2-TiO2纳米薄膜光催化性能的研究

在溶胶-凝胶法制备Mn²⁺掺杂TiO₂催化剂的基础上，掺入SiO₂纳米粉体，制备了一种新的Mn²⁺SiO₂TiO₂纳米薄膜。以甲醛为降解对象，探讨该种新薄膜的光催化性能，并与单纯TiO₂薄膜、Mn²⁺-TiO₂薄膜和SiO₂-TiO₂薄膜进行比较。结果表明，500 ℃焙烧，掺杂m(Mn²⁺)∶m(SiO₂)∶m(TiO₂)＝1.0∶12∶100 时，Mn²⁺-SiO₂-TiO₂纳米薄膜的光催化活性最高，150 min后甲醛降解率达88%，是单纯 TiO₂薄膜的1.8倍。该薄膜稳定性较好，经重复7次使用,最大降解率只下降7%，表明其稳定性较好。     

负载二氧化钛竹活性炭的制备及其性能的研究

以竹子为原料,通过磷酸活化法制备了一系列活性炭,考察其亚甲基蓝吸附值和焦糖脱色率,选择其中2项值都比较高的试样,通过溶胶-凝胶法制备负载型二氧化钛/竹活性炭光催化剂(TiO₂/BAC),并用其去除水溶液中的甲醛,以甲醛去除率为指标考察TiO₂/BAC的性能。结果表明,在浸渍比3:1,升温速率10℃/min,活化温度400℃,活化时间40min的工艺条件下得到的竹活性炭,比表面积大,大、中孔非常丰富。以上述条件下制得的活性炭所制备的TiO₂/BAC对水溶液中甲醛的去除效果非常明显:投加量为1.5g时,800mL初始浓度为5mg/L的甲醛水溶液,在17W紫外灯光照射的条件下,反应480min时甲醛去除率可达到84.28%。对比了单一TiO₂、单一竹活性炭、竹活性炭与TiO₂简单混合、TiO₂/BAC去除甲醛的效果,结果表明TiO₂/BAC去除甲醛的过程中,TiO₂与竹活性炭二者呈现明显的协同作用。     

负载型TiO2 制备及其对茜素红的降解研究

以钛酸四丁酯和正硅酸乙酯为前驱体、冰醋酸为水解抑制剂，用溶胶-凝胶法制备纳米TiO₂/SiO₂复合物。通过X-射线衍射、红外光谱和比表面积仪等测试手段进行了分析，结果表明，纳米TiO₂ /SiO₂粒子焙烧后主要以锐钛型存在，有Ti—O—Si键的产生，复合粒子的比表面积达到389 m²·g^－1。光催化结果表明，n(Ti)∶n(Si)=3和焙烧温度为700 ℃的TiO₂/SiO₂粒子对茜素红溶液的降解性能最好。利用气质联用仪对降解产物进行了分析。     

负载型杂多酸催化剂的制备及光催化性能研究

采用浸渍法和微波法相结合,制备负载型杂多酸光催化剂H₃PMo₁₂O₄₀/TiO₂。在紫外光照射下,研究对模拟染料废水酸性蓝溶液的光催化降解的影响。结果表明,H₃PMo₁₂O₄₀/TiO₂比单独的H₃PMo₁₂O₄₀光催化性能好,〖JP2〗在初始浓度10 mg·L^-1酸性蓝溶液、m(H₃PMo₁₂O₄₀)∶m(TiO₂)=1∶3、催化剂加入量为90 mg·L^-1、pH=1.05、30%的H₂O₂用量10 mL·L^-1和180 min条件下,脱色率达93%以上。     

活性炭负载TiO2光催化降解水中苯酚的研究

采用溶胶-凝胶法制备活性炭负载型TiO₂光催化剂，用XRD分析了其晶型结构，以300 W中压汞灯为实验光源对苯酚进行了光降解研究。考察了催化剂热处理温度、TiO₂负载量、催化剂用量、降解温度、苯酚初始浓度和催化剂使用次数等因素对苯酚降解率的影响。结果表明，浓度为15 mg·L^-1的苯酚溶液，催化剂焙烧温度为500 ℃, 负载质量分数为33.3%的TiO₂,用量为1.8～3.0 ｇ·Ｌ^-1，30 ℃连续光照3 h时，苯酚溶液的降解率可达到98.3%。     

超增溶自组装制备单分散纳米钛硅锆

采用超增溶胶团原位自组装法制备纳米SO₄^2-/ TiO₂-SiO₂-ZrO₂ 固体超强酸。考察原料配比和温度等因素对催化剂性能的影响,采用TEM、XRD和BET等手段对其进行表征。结果表明,形成的纳米粒子分散性好,粒径分布较窄［(10~20) nm］,比表面积（180～280） m²·g^-1,孔容（0.45~0.85） cm3·g^-1,孔径（6.0~9.0） nm,硫酸质量分数9.31%~15.36%,是理想的纳米固体超强酸。     

烟气脱硫活性炭纤维毡催化剂的研究

将活性炭纤维毡用浸渍法进行处理，实验确定的浸渍条件为：浸渍混合液中含NH₄VO₃ 质量分数为197%, CsNO₃质量分数为068%，浸渍液温度70 ℃，1 250 mL浸渍液浸渍活性炭纤维（ACF） 20 g，每次浸渍时间6 h，重复浸渍3次。随后在N₂保护下于250 ℃焙烧50 min,冷却至室温得到ACF催化剂。在实验室模拟试验装置上对ACF催化剂的烟气脱硫反应特性进行测试。实验结果表明,对烟气脱硫的反应活性次序为：KI-ACF＞V₂O₅-Cs₂O-ACF＞空白-ACF。并且在烟气中含 SO₂0.225 mol·m^－3，空速为2 400 h^－1，反应温度348 K，测取实验数据，回归得到烟气在V₂O₅-Cs₂O-ACF上脱除硫的反应动力学方程:dc_SO2/dt=0.072exp(－7.843×10³/RT)c_SO2^1.025·c_O2^0.579。     

焙烧温度对TiO2成型载体性能的影响

以偏钛酸为原料,采用挤条成型的方法制备TiO₂成型载体。考察焙烧温度对TiO₂成型载体抗压强度、比表面积、孔容、孔径分布和晶相结构等的影响,采用XRD、BET、TG-DSC和SEM等手段对载体进行表征,并采用浸渍法制备了用于粗对苯二甲酸加氢精制的Pd/TiO₂催化剂。结果表明,提高焙烧温度有利于提高成型载体的侧压强度,但会使成型载体的比表面积和孔容降低,孔径分布向大孔方向位移。焙烧温度超过800 ℃,锐钛型TiO₂成型载体的晶型结构发生相变,逐步转变成金红石型。600 ℃制备的TiO₂成型载体的侧压强度在110 N·cm^－1以上,比表面积达60 m²·g^－1。并用TiO₂成型载体制备了质量分数0.5%Pd/TiO₂催化剂,用于对苯二甲酸加氢精制过程,4-CBA转化率达99%以上,为对苯二甲酸加氢精制催化剂研究提供了新的载体。酸     

溶胶-凝胶法制备掺杂型V2O5/TiO2脱硝催化剂

以十二胺表面活性剂为模板剂,钛酸四丁脂为无机母体源,采用溶胶-凝胶法制得稳定的TiO₂凝胶,经焙烧得到掺杂型V₂O₅/TiO₂脱硝催化剂粉末。分别用热重分析、X射线衍射、拉曼光谱和氮气吸附脱附法对催化剂进行了结构、比表面积和孔径的表征。在固定反应床,对氮氧化物的脱除活性进行了考察。结果表明,催化剂为锐钛矿,呈介孔结构,比表面积为118.5 m^₂·g^_-1,孔径（6～8） nm。钒以V=O键形式单层分布于TiO₂中。催化活性评价结果表明,制备的催化剂在空速10 000 h^-1和温度（180～450） ℃有较好的催化活性,空速对催化活性的影响主要在270 ℃以下。     

Fe3+掺杂介孔TiO2催化降解甲基橙

以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵醇溶液所形成的柱状胶束为模板剂,钛酸四丁酯为原料,经水解沉淀、晶化、沉降、抽滤、干燥及焙烧工艺制备出了介孔TiO₂固体催化剂。通过离子掺杂方法,用Fe(NO₃)₃溶液对介孔TiO₂掺杂,经搅拌、煮沸、晶化、蒸发、干燥及焙烧工艺,制备出了不同物质的量比的Fe³⁺/TiO₂催化剂。以甲基橙模拟染料废水,考察pH、催化剂用量、过氧化氢用量、催化剂Fe³⁺/TiO₂物质的量比和光照时间等因素对催化剂的催化性能的影响。结果表明,适量掺有Fe³⁺的催化剂Fe³⁺/TiO₂有利于太阳光催化甲基橙的效果,当甲基橙浓度为10 mg·L^-1、Fe³⁺与TiO₂物质的量比为0.000 5、催化剂用量为0.8 g·L^-1、过氧化氢为0.55 mol·L^-1、 pH=3并且太阳光直接照射20 min,脱色率达到96%。根据Languir-Hinshelwood动力学方程,近似推导出不同物质的量比Fe³⁺/TiO₂催化剂光催化降解甲基橙的动力学方程,并得出Fe³⁺与TiO₂物质的量比为0.000 5时的Fe³⁺/TiO₂催化剂,有最大宏观速率常数值,K₀为0.162 35 min^-1。     

放电等离子体驱动光催化降解甲苯研究

制备了负载型催化剂^_Al2O3/Ni和TiO₂/Al₂O₃/Ni。以催化剂作高压电极,采用介质阻挡放电反应器（DBD）降解低浓度的甲苯。研究了有无催化剂、甲苯初始浓度、气体停留时间和吸附性能对甲苯降解的影响。结果表明,负载光催化剂后,甲苯转化率由45.3％提高到82.7％,能量效率由0.85 g·（kW·h）^-1提高到1.73 g·（kW·h）^-1;甲苯转化率随初始浓度提高或停留时间减少而降低;10 kV电压下,等离子体催化表现出较好的协同效应。催化剂的吸附作用促进了甲苯的转化,提高了CO₂的选择性, CO₂与CO的选择性之比由1.96提高到5.64。吸附作用越强,提高越明显。     

固体超强酸S2O82-/TiO2催化合成乙酸正丁酯

以固体超强酸S₂O₈^2-/TiO₂为催化剂、冰乙酸和正丁醇为原料合成乙酸正丁酯，考察反应条件对酯化率的影响。结果表明，最佳反应条件n(醇)∶n(酸)=1.4∶1，催化剂用量0.5 g(冰乙酸用量0.2 mol), 过硫酸铵浓度0.75 mol·L^－1，115～117 ℃反应1.5 h，酯化率达99%以上。催化剂可重复使用,且对设备腐蚀程度较小。