球磨法制备Tm3+和Tm2O3掺杂TiO2及光催化活性研究

为了提高TiO_2的光催化活性,优化球磨工艺,采用球磨法制备稀土金属Tm掺杂TiO_2光催化剂,在300W中压汞灯光照下,对模拟染料亚甲基蓝(MB)溶液进行降解,考察稀土金属Tm以离子态或氧化物掺杂TiO_2的光催化活性,探究球磨中掺杂比、球料比对TiO_2光催化活性的影响,并用XRD、UV-vis DRS、SEM-EDS等对催化剂进行表征。结果表明,Tm~~(3+)的存在可以诱导TiO_2产生晶格畸变,Tm~2O_3/TiO_2和Tm~~(3+)/TiO_2对可见光产生响应,禁带宽度分别降低至2. 97 eV和3. 05 eV。当催化剂投入量为0. 2 g·L~(-1),亚甲基蓝(MB)溶液浓度为25 mg·L~(-1),Tm~~(3+)/TiO_2和Tm~2O_3/TiO_2的最佳掺杂比分别为2. 5%和3%、球料比为4:1、球磨转速为500rpm时,Tm~~(3+)/TiO_2、Tm~2O_3/TiO_2和纯TiO_2的一级反应速率常数分别可达0. 0689 min~(-1)、0. 0562 min~(-1)和0. 0263min~(-1)。     

球磨法制备Y3+/TiO2光催化剂及处理海水养殖废水

采用机械球磨法制备Y~(3+)修饰TiO_2光催化剂,利用紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等对其进行表征,在紫外光下,以亚甲基蓝(MB)为去除物来考察催化剂活性并优化球磨工艺。将最佳条件下制得的Y~(3+)/TiO_2光催化剂负载于不同半径的塑料浮球上,分别在紫外光和模拟太阳光照射下处理海水养虾废水,通过CODCr(chemical oxygen demand)及三维荧光观察有机物含量变化。结果表明,当Y~(3+)的物质的量分数为2%,球磨时间4 h,球料质量比4∶1,转速为500 r·min~(-1)时,MB光催化降解反应速率常数可达0.111 3 min~(-1),是纯TiO 2的4.2倍。由UV-Vis DRS、XPS、N_2吸附-脱附、XRD、SEM等表征结果显示,2%Y~(3+)/TiO_2样品的禁带宽度降低至3.05 eV,光吸收发生红移,并产生可见光响应,表面吸附氧含量明显增加,比表面积增大到104 m~2·g~(-1)。采用纯TiO_2及2%Y~(3+)/TiO_2为光催化剂处理养虾废水,在可见光和紫外光下CODCr的去除率分别为14.7%和18.8%、26.9%和37.5%。考察3种直径分别为1、2、3 cm负载Y~(3+)/TiO_2浮球的光催化效果,显示直径为2 cm浮球效果最佳,CODCr去除率可达38.5%。     

不同溶剂对TiO2/SiO2结构及光催化性能的影响

分别采用去离子水、3%尿素水溶液和3%糠醇-乙醇溶液作为溶剂,通过溶胶凝胶及溶剂热过程制备了TiO_2/SiO_2复合材料。对不同溶剂条件下得到的TiO_2/SiO_2进行X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、N_2吸附-脱附和比表面积分析测试。结果表明:用去离子水作为水热溶剂制备的TiO_2/SiO_2材料为孔径分布较窄的介孔材料,其材料是由锐钛矿相TiO_2组成,颗粒表面粗糙,疏松多孔,比表面积最大,该材料在实验条件下可降解约90%的亚甲基蓝,且光降解亚甲基蓝的速率常数最大为0.04708 min~(-1)。光催化过程产生的·OH是降解亚甲基蓝最主要的活性物种。     

活化赤泥对染料废水吸附性能研究

以赤泥为原料,十二烷基苯磺酸钠为活化剂,制备出活化赤泥吸附剂,并对亚甲基蓝(MB)染料废水吸附性能进行研究。结果表明,活化赤泥对亚甲基蓝的吸附效果有一定提高。振荡时间15min,活化赤泥6g·L~(-1),中性条件下,对40mg·L~(-1)亚甲基蓝吸附率可达90%。吸附符合Langmuir和Freundlich吸附等式,最大吸附量为16.37mg·g~(-1)。活化赤泥吸附亚甲基蓝为放热反应,低温利于亚甲基蓝吸附。     

球磨法制备异质结型光催化剂ZnO/Bi_4Ti_3O_(12)及催化性能

本文用水作为分散介质,掺杂一定量的ZnO于Bi_4Ti_3O_(12)中,采用高能球磨法制备了异质结型光催化剂ZnO/Bi_4Ti_3O_(12).利用UV-Vis、XRD、SEM和PL等仪器对样品进行了分析与表征.以375 W中压汞灯为光源,通过对亚甲基蓝的氧化来研究其光催化活性.结果表明,对于光氧化亚甲基蓝(MB),异质结型光催化剂ZnO/Bi_4Ti_3O_(12)光催化活性高于钛酸铋的光催化活性.当ZnO的掺杂量分别是0.0和0.5wt.%,异质结型光催化剂ZnO/Bi_4Ti_3O_(12)对亚甲基蓝光氧化率分别达到50.2和80.3 %.     

制备条件对La~(3+)掺杂BiPO_4光催化性能的影响

采用水热合成法在不同温度、时间、溶剂条件下制备了La~(3+)掺杂BiPO_4光催化剂,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)技术对样品的结构和形貌进行了表征。以亚甲基蓝为目标污染物,探讨了不同条件合成的La~(3+)-BiPO_4的光催化性能。结果表明:水热温度和时间、溶剂对合成La~(3+)-BiPO_4的晶体结构、结晶度、晶粒尺寸等因素有较大的影响。在水热温度为200℃、时间为3h,溶剂为水的条件下制备的La~(3+)-BiPO_4对亚甲基蓝的降解效果最好,紫外光照90min后降解率达到95%。     

CuW_(11)Cd/PANI掺杂材料的制备、表征及光催化性能

采用化学氧化法制得K_8[CuW_(11)CdO_(40)]/PANI掺杂材料,并用IR、UV、XRD、EDS、SEM对所合成的掺杂材料进行了表征。并利用所合成K_8[CuW_(11)CdO_(40)]/PANI掺杂材料为催化剂,研究了对亚甲基蓝溶液光降解催化活性。通过实验确定了光降解的最佳条件为:亚甲基蓝溶液初始pH为2,亚甲基蓝溶液初始浓度为10mg·L~(-1),催化剂用量为0.08 g,在光照100 min,亚甲基蓝溶液的脱色率为98.11%。因此,K_8[CuW_(11)CdO_(40)]/PANI掺杂材料是一种很好的光降解催化剂。     

金属掺杂TiO2纳米粒子电化学催化合成氨

通过溶胶-凝胶法制备了三种过渡金属掺杂的TiO_2纳米颗粒(TiO_2-M, M=Cu, Mn, Pd),XRD和XPS等结构表征结果表明掺杂的金属以-O-M-O-的不饱和配位形式存在于TiO_2纳米颗粒表面.在N_2饱和的0.01 mol·L~(-1) K_2SO_4溶液中,-0.55 V(vs. Ag/AgCl)阴极电位下分别测试了三种TiO_2-M颗粒的电催化合成氨性能,其中TiO_2-Pd催化合成氨速率(R_(NH_3))达到1.54×10~(-11) mol·s~(-1)·cm~(-2),但电流效率(FE)只有0.78%;而TiO_2-Cu的R_(NH_3)为9.77×10~(-12) mol·s~(-1)·cm~(-2),而FE达到15.33%.线性扫描伏安测试结果表明三种催化剂的析氢催化活性顺序为TiO_2-Pd TiO_2-Mn TiO_2-Cu,且阴极电位负移导致电催化合成氨FE下降,意味着电催化合成氨的电流效率与催化剂自身的析氢催化活性密切相关.     

Bi掺杂对La_(0.1)Sr_(0.9)TiO_3陶瓷热电性能的影响

在5%H_2+95%N_2(V/V)还原气氛中1 500℃烧结4 h制备La_(0.1)Bi_xSr_(0.9-x)TiO_3(x=0、0.05、0.075、0.1)陶瓷,并对其组成、显微结构和热电性能进行研究。结果表明:掺Bi试样的主晶相均为Sr Ti O3,当Bi掺杂量大于0.075时,样品中出现少量Bi_2O_3杂相;掺Bi试样的晶粒发育完全,形状规则,结合紧密,显示出Bi_2O_3良好的助烧效果。另外,Bi元素掺入使La_(0.1)Sr_(0.9)TiO_3陶瓷的电导率和Seebeck系数绝对值显著增加,说明Bi元素的掺入可有效提高材料的载流子浓度和载流子迁移率。其中,x=0.075时试样的功率因子最大,在400℃时为692μW·m~(-1)·K~(-2)。虽然其热导率比未掺杂Bi试样有所提高,x=0.075时试样的ZT值在500℃时仍可达0.172,比未掺杂Bi试样提高了130%。     

可见光下掺Fe3+A-TiO2粉体对茜素红的催化降解

用水热法制备了(掺杂)TiO_2粉体试样,利用红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对产物进行了表征。探索在可见光下用(掺杂)TiO_2催化降解茜素红的效果,研究茜素红初始浓度、pH、催化剂用量、掺Fe~(3+)量、光照时间等因素的影响。结果表明:试样中出现3400、1636 cm~(-1)的吸收峰,说明它含有大量—OH;粉体为锐钛矿型即为A-TiO_2;试样由诸多细小的纳米晶定向聚集生成,八面体型纳米晶呈现复杂3D花状结构,花状结构的直径2.5μm左右,纳米晶体的长度1～1.5μm,形成八面体晶体的三角形边长100～200 nm;TiO_2光催化降解茜素红的最佳条件:茜素红溶液初始浓度1.5 g·L~(-1)、调节溶液的pH为4.0、自制掺Fe~(3+)量5%(摩尔分数)的A-TiO_2用量0.502 g·L~(-1)、恒温14℃、60 W白炽灯,光照时间45 min,茜素红降解率87.22%。用自创技术制备的掺杂TiO_2粉体有较高的光催化性能。     

TiO2/氧化石墨烯光催化降解亚甲基蓝性能研究

理想的石墨烯具有二维平面结构,其具有良好的机械性能、热导率、高电子迁移率和量子霍尔效应。本文以改进的Hummers法制得氧化石墨烯(Graphene Oxide),超声处理和水热法制备了氧化石墨烯(GO)负载量分别为1.0 wt%、1.5 wt%,2.0 wt%,2.5 wt%的TiO_2/GO复合材料,并通过XRD、TEM等表征手段观察了复合材料的晶相和结构,探讨光催化降解亚甲基蓝性能。结果表明:较之TiO_2,复合材料均具有更大的表面积、更好的亲水性和更强的光催化性能;反应浓度均为2 g·L~(-1)的复合材料,光催化降解10 ppm亚甲基蓝,氧化石墨烯负载量为1.5 wt%的TiO_2/GO复合材料,1 h光催化降解率可达86%,效果最佳。TiO_2/GO复合材料吸附容量大,稳定性良好,能够高效光催化降解偶氮型染料,有望在进一步改良性能后广泛应用于降解工业废水领域。     

La_2O_3在LaF_3-LiF熔盐体系的溶解度研究

La_2O_3溶解度对熔盐电解制备金属La及其合金有重要影响。利用等温饱和法考察了LaF_3含量、温度对La_2O_3在LaF_3-LiF熔盐体系中溶解度的影响,并采用最小二乘法对数据进行了分析,建立了LaF_3含量、温度与La_2O_3溶解度之间的数学回归方程。研究结果表明:La_2O_3溶解度与温度、 LaF_3含量均为正向性线性关系,随温度的升高而线性增大;在合适的温度下,随熔盐中LaF_3含量的升高而线性增大;La_2O_3溶解度(S)与温度(t)、 LaF_3含量(ω)的关系可以表示为:S=1×10~(-4)ω·t-0.085ω-0.003t+3.60(ω≤75%),通过此方程计算不同温度、体系下La_2O_3溶解度,对电解法生产金属La有一定指导意义。     

阳极氧化法制备TiO_2纳米管及其光催化性能

纳米TiO_2对诸多环境污染物有显著的光催化降解作用,光催化已发展成为新型环境污染治理技术.本文采用阳极氧化法制备出TiO_2纳米管,对比了四种电解液组成(A氟化铵+硫酸铵+水;B氟化铵+硫酸铵+乙酸+水;C氟化铵+硫酸铵+甘油+水;D氢氟酸+二甲基亚砜(DMOS)+乙醇)对催化剂表面形貌及光催化性能的影响.结果表明,电解液A和C都制备出了形貌清晰的TiO_2纳米管,管径约为60～74 nm.样品经400℃煅烧,TiO_2晶型主要为锐钛矿相;经500℃煅烧,出现少量金红石相;经700℃煅烧,晶型全部为金红石相.具有良好形貌的TiO_2纳米管同时具有良好的紫外光吸收能力.当亚甲基蓝初始浓度为10mg·L~(-1),经500℃煅烧的TiO_2纳米管光催化活性最佳,光照30 min亚甲基蓝的降解率达89.98%.亚甲基蓝光催化降解反应符合一级反应动力学,反应速率常数为0.079 30.     

Ti/TiO_2纳米管阵列/PbO_2-Pr电极制备及在电氧化有机废水中应用

以二氧化钛纳米管阵列(TiO_2NTs)为基体,利用脉冲电沉积的方法将Pr掺杂的PbO_2修饰到TiO_2NTs管中,制备出新型电极材料Ti/TiO_2NTs/nanoPbO_2-Pr用来降解有机废水。通过循环伏安测试(CV)和线性伏安法(LSV)等手段对电极性能进行评估,研究表明,新型电极材料Ti/TiO_2NTs/nanoPbO_2-Pr具有高的电催化活性。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等对其进行表面形貌、晶形结构和元素组成进行研究。结果表明,通过脉冲电沉积成功将Pr-PbO_2沉积到TiO_2纳米管中,其中元素Pr是以Pr_2O_3形式存在。亚甲基蓝降解实验证明,Ti/TiO_2NTs/nanoPbO_2-Pr电极降解120min后亚甲基蓝的去除率高达99.8%。     

Na_2CO_3沉淀制备超细Y_2O_3粉体的研究

超细Y_2O_3具有尺寸效应和稀土元素的双重特性,广泛应用于MLCC,超耐热合金等高新材料。在前期获得晶型Y_2(CO_3)_3的基础上,对Na_2CO_3沉淀制备超细Y_2O_3粉体进行了深入研究,结果表明:与温度、浓度等条件相比,搅拌陈化过程对Y_2(CO_3)_3粒度的影响较大,可以使针状和片状聚集的类球形Y_2(CO_3)_3粉体逐渐分散转化成粒度更小的颗粒;实验最终在并流加料、反应温度40℃, pH 5.5～6.5, YCl_3浓度1.0 mol·L~(-1),加料速度10 mL·min~(-1),搅拌转速600 r·min~(-1), 40℃搅拌陈化48 h的条件下可得到D_(50)=3.77μm,(D_(90)-D_(10))/2D_(50)=0.70的Y_2(CO_3)_3;在550℃较低温度下焙烧2 h后,得到了D_(50)=2.69μm,(D_(90)-D_(10))/2D_(50)=0.97的超细氧化钇粉体。研究为Na_2CO_3沉淀制备超细Y_2O_3工艺提供基础和可能,对提高Y_2O_3产品附加值和减少普通Y_2O_3积压具有重要意义。     

H_2O_2强化g-C_3N_4可见光电催化降解亚甲基蓝的研究

通过高温液相生长法在氧化铟锡玻璃上构筑了g-C_3N_4薄膜电极,该电极作为阳极在H_2O_2辅助作用下光电催化降解亚甲基蓝.研究结果表明,g-C_3N_4与H_2O_2在可见光下存在协同作用;在外加电压1.5 V,50 mmol L-1H_2O_2条件下,亚甲基蓝的降解率在2 h内由35.92%提高至53.43%.系统研究了H_2O_2浓度、外加电压、初始p H对亚甲基蓝降解的影响.采用电子顺磁共振自旋捕捉技术和自由基猝灭实验等方法证实了·O2-和·OH为光电催化过程中的主要氧化物种,提出了可能的催化反应机理,在外加H_2O_2条件下,g-C_3N_4受可见光激发生成的光生电子被O2或H_2O_2捕获,最终生成·OH,从而将有机染料降解.g-C_3N_4薄膜电极表现出较高的稳定性.     

中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂的可控氧化制备及性能

以钛粉、钽粉为原料,炭黑作为反应性模板,通过熔盐法在炭黑表面原位生长了TaTiC_2纳米碳化物涂层,并以所得TaTiC_2/C复合物为碳化物前驱体,再经可控氧化制备出中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射(DRS)及N2物理吸附等手段对所制备的光催化剂进行形貌、显微结构及孔结构表征。以高压汞灯为紫外光源,以亚甲基蓝为目标降解物,通过光催化降解实验评价中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂的光催化活性。结果表明,熔盐法生长碳化物涂层厚度均匀(20~30 nm),碳化物主要以TaTiC_2晶相存在且具有纳米级的颗粒尺寸。中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂同时具有200 nm左右的中空大孔结构及壳层10 nm左右的介孔结构。中空大孔和介孔的存在提高了所制备催化剂对亚甲基蓝的吸附能力。此外,TiO_2与Ta2O5通过电子能带结构的耦合,有效提高了光生电子和空穴的分离效率,从而显著提高了光催化活性。nTi∶nTa=2.5∶1.5时,相应的中空Ta_2O_5/TiO_2复合光催化剂表现出最佳的光催化活性,对亚甲基蓝的紫外光催化降解率高达97%。     

硅、锌共掺杂介孔二氧化钛光催化剂的制备及应用性能研究

采用溶胶-凝胶法,以四氯化钛、无水乙醇、冰乙酸、正硅酸四乙酯及醋酸锌为原料制备硅、锌共掺杂二氧化钛凝胶,凝胶经烘干、450℃焙烧2h得Si、Zn共掺杂介孔TiO_2光催化剂。对所制得的样品采用XRD、BET、SEM等测试手段进行表征,结果表明,样品为锐钛矿相,未掺杂时材料比表面积为90.9 m~2·g~(-1),掺杂Si、Zn后材料比表面积为219 m~2·g~(-1),孔径分布均匀。考察了硅-锌掺杂量对样品性能的影响。利用正交试验设计方法研究硅、锌共掺杂介孔二氧化钛的最佳制备条件,确定组成为Zn_(0.1)Si_(1.0)/TiO_2时,掺杂介孔二氧化钛光催化剂可见光下对亚甲基蓝的降解率最好,达到90.8%。     

载体La_2O_3—TiO_2的热稳定性

本文采用BET、XRD、SEM、XPS技术,研究了TiO_2和La_2O_3-TiO_2载体的烧结过程。结果表明,TiO_2的烧结由体积扩散控制。La_2O_3阻止了TiO_2的烧结,并且通过混晶与TiO_2之间的强表面相互作用,抑制了TiO_2从锐钛型向金红石型的相变。     

CdS/ZnO复合光催化剂降解亚甲基蓝的研究

利用水热法合成具有层级片状结构的ZnO纳米片,再利用原位生长法得到不同CdS复合比的CdS/ZnO复合光催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)等手段对所制备的光催化剂进行了表征,并考察了CdS/ZnO在可见光下光催化降解亚甲基蓝溶液的催化性能。研究表明,经CdS修饰后,其光催化性能明显提高。当亚甲基蓝初始浓度为5mg·L~(-1),催化剂用量为2g·L~(-1)时,光反应240min后,亚甲基蓝的降解率高达96%。同时,对CdS/ZnO复合光催化剂可见光降解亚甲基蓝的催化机理进行了分析。