CdS/TiO2复合半导体薄膜的制备及其光催化性能

以微弧氧化法制备出锐钛矿型TiO₂,进而以化学水浴法沉积CdS,通过调控时间,制备CdS/TiO₂复合半导体薄膜. X射线检测表明,微弧氧化所制备的TiO₂为锐钛矿结构, 化学水浴法制备的CdS主要以离子离子的方式沉积在TiO₂薄膜上. SEM及可见光催化降解亚甲基蓝的试验表明,沉积时间为15 min的复合半导体薄膜上的CdS粒子呈圆球形、单层孤立、均匀地分散在TiO₂表面,绝大多数粒子的粒径在nm级别,分布比较均匀,对亚甲基蓝有着较好的光催化性能,与TiO₂薄膜相比,复合半导体薄膜的光催化性能有很大的提高. 结合光催化评价结果,对复合半导体薄膜的光催化剂机制进行了讨论.      

地质聚合物及其原位合成沸石去除水溶液中氟离子研究

以NaOH和KOH混合碱液作激发剂,偏高岭土为固体原料,利用相同的工艺,分别制得地质聚合物和沸石样品,采用X射线衍射、扫描电子显微镜、比表面积和孔径分布分析对样品的物相和结构进行了表征,并将其用于水溶液中氟离子的吸附处理,探讨了其吸附去除氟离子的效率和特性。研究结果表明,沸石样品主要以I型钾沸石和F型钾沸石为主,比表面积为74.4 m²/g,远高于地质聚合物的41.1 m²/g。地质聚合物及其原位合成沸石对水溶液中氟离子都具有较好的吸附性能。在pH<4,温度为30℃条件下,地质聚合物样品最大氟离子吸附容量可达236.97 mg/g,沸石样品的吸附容量略大于地质聚合物。地质聚合物样品对氟离子的吸附等温线符合Langmuir模型,而沸石更符合Freundlich模型;两者的吸附动力学可用准二级动力学模型描述,属化学吸附过程。     

磁性铝基MOF的表征和对水体中氟化物吸附性能研究

我国多地的地表水受到成土母质或背景值的影响,氟离子浓度均超过1.0 mg/L,即高于GB 3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准限值.为了实现地表水的快速降氟和吸附材料的便捷回收,通过水热法制备了磁性Al-MOF@Fe₃O₄吸附材料,使用扫描电极（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）和孔隙度分析仪（BET）对材料的形貌和化学组成进行了表征.结果表明:①Al-MOF@Fe₃O₄具有不规则的晶体形状和直径更小的介孔结构,能够提供更高的比表面积吸附氟离子.②吸附试验结果表明,Al-MOF/Fe₃O₄的吸附量达到了75.2 mg/g,吸附过程更加符合拟二阶动力学模型,证明了化学吸附是该除氟过程的主要机理.③增加吸附剂投加和降低氟离子初始浓度,有助于提高除氟效率,但却难以得到较高的吸附量,同时碱性条件不利于氟离子的吸附,阴离子对除氟性能的影响程度表现为CO₃2- > HCO₃- > SO₄2- > PO₄3- > Cl-.④对吸附机理的研究表明,氟离子是通过取代Al-OH实现稳定和快速地脱离水体,使用NaOH溶液淋洗可以实现吸附剂的高效再生.⑤5次循环吸附试验后,复合材料依然保留了71.4 mg/g的吸附能力和良好的磁性.在实际地表水中进行除氟试验,该吸附剂可以将氟化物浓度从1.17 mg/L降至0.2 mg/L以下.研究显示,Al-MOF@Fe₃O₄纳米材料可以作为地表水除氟材料,实现对低浓度氟离子的高效去除.      

铁基磷酸化二氧化钛复合材料的合成与吸附重金属性能研究

在水解法合成二氧化钛(TiO₂)过程中,同步利用共沉淀方法以不同的方式在TiO₂结构中赋予含P和含Fe基团,制备出铁基磷酸化复合材料P-FeN-TiO₂和FeP-TiO₂,并借助SEM、EDS和FTIR等表征分析材料吸附前后的结构形貌、元素组成和基团构成等.然后,在不同的pH值、温度和溶液初始浓度等条件下开展材料吸附水体中Cd(Ⅱ)的性能测试.结果表明,在pH值为6时,P-FeN-TiO₂和FeP-TiO₂对Cd(Ⅱ)吸附性能最佳,其最大理论吸附量分别为62.50 mg·g^-1和4.37 mg·g^-1.相比而言,P-FeN-TiO₂的吸附性能要优于FeP-TiO₂.它们均属于以化学反应为主的单分子层吸附,且吸附容量随着温度升高而增加.由于重金属离子富集系数的差异性,在存在其他重金属离子的情况下,复合材料竞争吸附的顺序为Pb(Ⅱ)>Cu(Ⅱ)>Cd(Ⅱ).最后...     

光催化转化并回收水中农药有机磷

经溶胶-凝胶法制备不同镧（La）掺杂量的二氧化钛（TiO₂）,得到光催化转化吸附回收有机磷的复合材料.结果表明,La与TiO₂掺杂物质的量比为0.002并经过煅烧和掺杂物质的量比为0.02未经煅烧的2种材料,以6：4的比例混合,所得复合材料La@TiO₂（6：4）为粒径约13nm的锐钛矿型TiO₂,表面有球形聚集体但分布较均匀,其光谱范围较纯TiO₂发生红移,因而光催化效率提高.当有机磷浓度20mg/L、La@TiO₂（6：4）投加量为1g/L、溶液pH值为9时,有机磷回收率最高达85%.溶液中的NO₃^-、Cl^-、SO₄^2-对磷回收影响不大,CO₃^2-有抑制作用;材料经解吸后可多次重复利用.研究表明La@TiO₂（6：4）为有前景的有机磷回收复合材料.     

超声沉淀法制备BiOI/TiO2复合材料及性能研究

文章以硫酸钛为钛源、氨水为沉淀剂、双氧水为胶溶剂,采用沉淀-胶溶法制备了TiO₂,利用超声沉淀法制备BiOI并与TiO₂复合制备了吸附-光催化一体的BiOI/TiO₂复合材料。以罗丹明B为目标有机污染物,研究了BiOI/TiO₂复合材料的吸附-光催化性能。结果表明：BiOI成功与TiO₂复合,BiOI/TiO₂复合材料表现出一定的吸附能力和较高的光催化降解能力。600 W金卤灯照射25 min,27%BiOI/TiO₂对罗丹明B的降解率高达92.71%,相对于TiO₂的降解率有极大提高。BiOI复合TiO₂后,结晶度和晶粒尺寸变化不明显,光吸收带边发生一定的红移,促进了异质界面光生电子-空穴的有效分离,从而提高了光催化性能。     

MnO2/TiO2改性沸石去除矿井水中Fe2+和Mn2+的试验研究

针对矿井水中Fe2+、Mn2+浓度超标及处理效果不稳定等问题,通过溶胶-凝胶法将纳米MnO₂和纳米TiO₂负载于天然斜发沸石表面制备出MnO₂/TiO₂改性沸石滤料,并分析了沸石改性前后的微观形貌和孔隙结构. 采用单因素动态吸附试验和Thomas模型拟合探究了MnO₂/TiO₂改性沸石对模拟矿井水水样中Fe2+、Mn2+的去除效果及机理,并考察水流速度、滤层厚度、溶液pH及硬度对去除效果的影响. 结果表明:较天然沸石而言,MnO₂/TiO₂改性沸石的比表面积、孔径、孔体积和阳离子交换量明显增大. 当水流速度为7 m/h、进水pH为9.5、水质硬度为350 mg/L、滤层厚度为110 cm时,改性沸石对Fe2+、Mn2+的最大吸附量分别为44.810、6.549 mg/g,且Thomas模型能较好地拟合改性沸石对Fe2+、Mn2+的吸附动力学特征. 反冲洗试验结果表明,反冲洗强度为13 L/(m2·s),反冲洗时间大于7 min时,改性沸石的再生效果良好,可重复使用. 研究显示,本文制备的MnO₂/TiO₂改性沸石吸附滤料可为同步去除矿井水中Fe2+、Mn2+污染提供一种解决办法.      

CuO/TiO2的疏水改性及其影响因素

采用3种制备方法对纳米TiO₂催化剂进行疏水改性,以高浓度硝基苯为处理对象,在可见光照射下,研究了催化剂的疏水改性方法及其影响因素,并进行了光催化反应影响因素研究. 结果表明,滴加法和吸附法制备的催化剂具备完整的TiO₂(锐钛矿)和CuO晶体衍射峰,共沉法制备的催化剂没有TiO₂(锐钛矿)衍射峰出现;不同方法制备的催化剂对可见光吸收阈均达到900 nm;滴加法和吸附法制备的催化剂疏水位主要是长链烷基;共沉法制备的催化剂疏水位主要是短链烷基. 降解试验发现具备长链烷基的催化剂有较佳的催化能力,滴加法氮气煅烧得到的催化剂催化性能最好,2 h硝基苯去除率可达75%.      

7种改性水稻秸秆对溶液中Cd2+的吸附

为实现废弃水稻秸秆资源化利用及其治理水环境中Cd²⁺的污染问题,用KMnO₄、KOH、H₂O₂、KOH+H₂O₂、酒石酸、柠檬酸、TiO₂对水稻秸秆进行改性,制成不同的水稻秸秆吸附剂来吸附溶液中的Cd²⁺,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱仪、比表面积及孔径分析仪和Zeta电位仪对改性前后的水稻秸秆进行表征分析,吸附过程采用准一级动力学方程、修正一级动力学方程、准二级动力学方程和颗粒内扩散模型进行拟合.结果表明：在Cd²⁺初始浓度100mg/L,pH7,水稻秸秆添加量为10g/L,25℃条件下,7种改性水稻秸秆吸附Cd²⁺的效果不同,其中经KMnO₄改性的水稻秸秆对Cd²⁺的吸附效果最好,吸附量达10.024mg/g,对Cd²⁺的去除率达到99.24%,比未改性水稻秸秆提高了99.44%,其次是KOH和KOH+H₂O₂改性处理的水稻秸秆,吸附量分别达到了9.302和9.189mg/g,对Cd²⁺的去除率分别达92.62%和90.82%,比未改性水稻秸秆分别提高了85.07%和82.83%.改性处理水稻秸秆吸附Cd²⁺的效果顺序为：KMnO₄ > KOH > KOH+H₂O₂ > TiO₂ > H₂O₂ > 柠檬酸 > 酒石酸.对于Cd²⁺的吸附过程,准一级速率方程只能较好地描述吸附初始阶段,准二级动力学方程则能很好地描述吸附的整个过程.经KMnO₄,KOH和KOH+H₂O₂改性的水稻秸秆是具有潜在利用价值的废水中Cd²⁺吸附剂.     

不同氧化剂辅助光催化反应对提高木质纤维素酶解效果的影响

木质纤维素以其可再生、丰富等优点成为可替代能源的理想选择,然而木质纤维素的致密结构使得后续的酶解过程极其困难,因此木质纤维素的预处理显得尤为重要.为了探讨氧化剂对光催化反应预处理木质纤维素的影响,在TiO₂/UV体系中添加不同种类的氧化剂对稻秆进行预处理,考察TiO₂/UV体系中影响光催化的因素〔ρ（TiO₂）、溶液pH及光催化时间〕,并进一步探讨在TiO₂/UV体系中添加O₃、SPC（过碳酸钠）、K₂S₂O₈及KIO₄等氧化剂对稻秆酶解效果的影响.结果表明:在TiO₂/UV体系中,当光催化时间为3 h、ρ（TiO₂）为10 g/L、pH为8时,稻秆的酶解效果最佳（310.17 mg/g）.TiO₂/UV/O₃光催化体系对稻秆的预处理效果强于TiO₂/UV/氧化剂体系,TiO₂/UV/O₃体系预处理稻秆酶解后产生的w（还原糖）最高,达到356.40 mg/g.TiO₂/UV/O₃体系预处理稻秆成分分析显示,木质素去除率为15.52%.FE-SEM（场发射扫描电镜）、FT-IR（红外光谱）及PXRD（X-射线粉末衍射）等表征分析结果表明,TiO₂/UV/O₃体系预处理能够对稻秆结构进行破坏.研究显示,TiO₂/UV/O₃光催化体系对稻秆进行预处理能够有效提高酶解效率.      

TiO2光催化净化城市隧道中NOx的行为及经济性

考察了TiO₂光催化降解模拟城市隧道尾气中NO_x的催化行为,并以一个长度为1km和高度为5m的双向两车道城市隧道为研究对象,分析了其应用的经济性.结果表明,煅烧温度为400℃制备的TiO₂-400催化剂的NO吸附性能和光催化性能最佳,NO_x最大转化率为30%.不同的气体组成会显著影响光催化剂对NO_x的吸附和光催化性能,其中对于NO竞争性吸附抑制效应的影响为CH₄≈CO₂>CO,而对于光催化性能的促进效应影响为CO > CH₄ > CO₂.增大紫外光辐照度可提高光催化活性,但降低了催化剂的稳定性.紫外光辐照度为6.4μW/cm²为合适的光照强度.增加催化剂的用量可显著增强NO的吸附性能和光降解NO_x的稳定性.当催化剂用量为15mg/cm²时,NO吸附容量为0.88mg/g,催化剂的稳定时间可达110min.通过简要分析该技术的经济性,表明光催化降解城市隧道NO_x的成本较低,具有良好的经济性.     

TPU纳米纤维膜对典型内分泌干扰素的吸附去除

利用静电纺丝技术成功制备了热塑性聚氨酯（TPU）纳米纤维膜（TPU-NFM）,通过扫描电镜、傅里叶变换红外光谱对TPU-NFM进行表征,并设置了动力学实验和热力学实验研究TPU-NFM对BPA、EE2的吸附性能及吸附机理,探讨了环境条件对膜吸附的影响.结果表明：静电纺丝TPU纳米纤维光滑纤细、直径均匀、有良好的网状结构以及丰富的表层基团.吸附实验表明TPU-NFM对BPA的吸附过程符合Langmuir模型和准二级动力学模型,吸附过程中单分子层的化学吸附占主导作用,最大吸附容量q_max=45.48mg/g,最大吸附速率k₂=0.754g/（mg·h）.对EE2的吸附过程符合Langmuir模型和Elovich模型,偏向各吸附机理综合作用的结果,其q_max=38.22mg/g,初始吸附速率a=5.355mg/（g·h）.此外,TPU-NFM对环境中盐度以及pH值的敏感度不高.     

TiO2/pg-C3N4复合催化剂的制备及光催化性能

通过简单的超声剥离分散和水热法,成功制得了具有多孔结构的TiO₂/pg-C₃N₄复合催化剂.利用XRD、SEM、TEM、UV-Vis DRS和PL对样品的形貌、结构及光学性能进行了表征.在模拟太阳光照射下,以RhB和MO为模拟污染物考察了TiO₂/pg-C₃N₄的光催化性能.结果表明：当TiO₂占pg-C₃N₄的质量分数为5%时,制得的TiO₂/pg-C₃N₄（5：100）复合催化剂具有最优的光催化性能.TiO₂/pg-C₃N₄（5：100）对RhB的光催化降解途径为O^2·-和h⁺使整个共轭发色团结构发生裂解.TiO₂/pg-C₃N₄（5：100）光催化性能的提高一方面是由于多孔结构增加了光催化反应的活性位点;另一方面是由于TiO₂与pg-C₃N₄之间形成了Z型异质结,与传统的Ⅱ型异质结相比,该复合催化剂不仅使光生载流子分离效率提高,同时保留了pg-C₃N₄导带电子的强还原性和TiO₂价带空穴的强氧化性.     

TiO2/生物炭复合材料处理低浓度氨氮废水

为研究功能复合材料对低浓度氨氮〔ρ(NH₄+-N)≤50 mg/L〕废水的处理效果,采用水热法制备TiO₂/生物炭复合材料,并在自制光催化反应装置中对低浓度氨氮废水进行处理,考察TiO₂负载量、温度、pH等因素对NH₄+-N去除过程的影响以及催化的最终降解产物.结果表明,TiO₂/生物炭复合材料能有效催化去除废水中的NH₄+-N,其优化处理条件:ρ(NH₄+-N)为50 mg/L,TiO₂/生物炭复合材料投加量为1.5 g/L,254 nm紫外灯照射120 min,TiO₂负载量为20%,废水初始pH为11.0,曝气量为150 mL/min.在优化处理条件下,当温度为60 ℃时NH₄+-N去除率可达100%,常温(30 ℃)下可达67%.反应最终产物中ρ(NO₂--N)非常低,并且无NO₃--N生成.研究显示,TiO₂/生物炭复合材料具有将NH₄+-N转化为N₂的良好光催化氧化选择性.      

螺旋藻对稀土铒离子的吸附特性研究

以螺旋藻为吸附剂,对模拟矿山废水中的稀土Er³⁺进行吸附特性研究.研究了被处理液的pH值、螺旋藻的剂量、初始Er³⁺浓度和吸附时间等因素对吸附过程的影响.通过Freundlich,Langmuir,Redlich-Peterson和Dubinin-Radushkevich等温吸附模型,以及伪一级、伪二级、Elovich方程和颗粒内扩散动力学模型,对该过程的吸附动力学和热力学规律进行探讨,以了解该吸附过程的机理.吸附结果显示：当被处理液的pH值为5、螺旋藻的剂量为2.0g/L、吸附温度为298K、初始Er³⁺浓度为100mg/L和吸附时间为60min时,螺旋藻对模拟矿山废水中Er³⁺的吸附去除率为90.73%,通过HNO₃解吸附,回收率可达97.12%,表明螺旋藻的吸附速率快、吸附和回收效果较为理想.研究表明：该过程的吸附动力学行为符合伪二级动力学模型（R²>0.99）,主要受化学吸附控制,且吸附等温线能较好用Langmuir方程进行模拟（R²>0.9）,属于自发吸热的吸附过程.     

磁性壳聚糖的制备及处理亚甲基蓝废水

以戊二醛为交联剂,Fe₃O₄为磁核制备磁性壳聚糖,探究了其去除废水中亚甲基蓝的性能,以及吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学特征.结果表明,在磁性壳聚糖投加量为0.5g/L、pH=10、反应时间为60min的条件下,对亚甲基蓝的去除率和吸附容量分别达到97.6%和39.0mg/g,远高于天然壳聚糖的59.8%和23.9mg/g.磁性壳聚糖对亚甲基蓝的吸附过程符合准二级反应动力学方程（R²=0.99902）和Langmuir等温线方程（R²=0.99961）,吸附过程是热力学自发过程,吸附反应是放热反应.     

镁改性污泥基生物炭去除水中磷和抗生素

为解决废水磷回收和污泥资源化利用问题,以污水处理厂污泥为前驱体,采用镁盐溶液浸渍和高温热解方法,制备系列镁改性污泥基生物炭(MgxBC),研究了MgxBC对水中磷酸盐的吸附性能,以及在过一硫酸氢钾复合盐(PMS)氧化剂存在下对共存抗生素的催化降解性能.结果显示:氮气氛、1mol/L镁盐加入量制备的Mg1BC相比于未改性污泥基生物炭(BC),对磷的Langmuir饱和吸附容量可达63.2mg/g(为BC的近3倍);除极酸条件下(pH0<4),Mg1BC的磷去除率均大于99%;水中共存离子对Mg1BC吸附磷影响较小,Mg1BC具有较强的适用性.此外,Mg1BC可催化活化PMS,显著提高与磷共存抗生素(如四环素(TC)、磺胺二甲基嘧啶(SMT))的降解性能,实现吸附磷和高效去除抗生素的双重目的.     

电-多相臭氧催化工艺深度处理焦化废水

本文采用新型电-多相臭氧催化（E-catazone）工艺深度处理焦化废水生化二级出水,开展工艺可行性研究.通过与O₃/TiO₂纳米花（TiO_2-NF）与O₃/TiO_2-NF/H₂O₂及单独电化学氧化工艺相比较,对E-catazone工艺技术优势及氧化机理进行探究.结果表明：在相同条件下（O₃浓度84mg/L）,电-多相臭氧催化获得的COD和TOC的去除率（分别为67.9%,50.0%）显著优于O₃/TiO_2-NF获得的去除率（25.8%,20.9%）,即便在O₃/TiO_2-NF体系中投加5g/L的H₂O₂以促进臭氧均相催化效果,但COD和TOC去除率也仅分别提高到63.6%,43.6%.