锐钛型纳米TiO2光催化降解与环保应用研究进展

纳米TiO2作为光催化环境材料，能有效降解多种有害的污染物，使有害物质转化为CO2、H2O及其他无机小分子物质。本文从TiO2的光催化降解机理入手，介绍了纳米TiO2光催化剂的性能特点，列举了纳米TiO2光催化降解在环保方面的应用，提出环保领域中应用研究现状、存在问题及其解决途径。     

紫外光照下改性A-TiO2降解番红花红T

用水热法制备了掺Fe³⁺改性TiO₂粉末,通过XRD对其结构进行了表征,并研究了在紫外光照下该掺Fe³⁺改性TiO₂对番红花红T的催化降解效果。结果表明:TiO₂晶体属于纯锐钛矿型(A-TiO₂);优化降解条件为:番红花红T溶液初始浓度15 mg/L,pH=5,5%掺Fe³⁺量的A-TiO₂用量4 g/L,16℃下经254 nm照射反应55 min,该条件下番红花红T降解率59.5%;相同优化条件下进行暗吸附,30 min达到吸附平衡,A-TiO₂对番红花红T平衡吸附量2.02 mg/g。番红花红T降解率与吸附率基本正相关。     

固体超强酸催化剂SO24-/TiO2的制备及其光催化氧化性能

采用沉淀-浸渍法制备固体超强酸催化剂SO24-/TiO2,并用XRD,BET,XPS,UV-Vis漫反射光谱等对其特性进行表征.以NO-2为降解目标物,考察了SO24-/TiO2光催化氧化性能.结果表明,SO24-/TiO2在高温下相结构稳定,TiO2的超强酸化可增大比表面积,同时产生较大的氧化还原势.与TiO2相比,其光催化氧化活性显著提高.焙烧温度600℃,SO24-负载量8%时,SO24-/TiO2的光催化氧化活性最好.     

TiO2/GO复合材料的制备及其催化性能研究

采用改进Hummers法制备氧化石墨烯(GO),以钛酸丁酯为钛源,通过溶胶-凝胶法制备TiO2/GO纳米复合光催化剂.利用傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线能谱(EDS)等对催化剂的结构、组成、形貌和粒径进行表征.将催化剂用于光催化降解甲基橙(MO)溶液,考...     

酸性条件下十二胺体系中Fe3+对白云母可浮性的影响

通过单矿物试验、溶液化学计算、动电位测试、红外光谱分析以及XPS分析,研究了在酸性条件下十二胺体系中Fe3+对白云母的抑制作用机理.结果表明,浓度为3×10-3mol/L的Fe3+可使白云母的零电点从1.6增加到2.4.在pH =4时,随着Fe3+浓度的增大,白云母动电位正向移动.十二胺在白云母表面的吸附状态为物理吸附.Fe3+在白云母表面产生静电吸附,并以Fe(OH)3沉淀的形式罩盖在白云母表面并减少白云母表面暴露的Si原子数目,导致十二胺在白云母表面的吸附量减小从而抑制白云母的浮选行为.当Fe3+的浓度为1×10-3mol/L时,可使白云母的回收率降低12%.     

活性TiO2的制备、表征及其可见光催化降解性能

以Ti(SO4)2为主要原料,采用水热法制备了活性TiO2粉末,以SEM和XRD测定了样品的形貌和晶型,研究了自制的TiO2对孔雀石绿溶液的光催化降解作用.结果表明,所制备的TiO2为锐钛矿型TiO2即A-TiO2.在优化条件下,用自制的掺Fe3+量为8%的活性TiO2降解孔雀石绿溶液的降解率达到84.00%.同样条件下,以掺Fe3+量为0%、2%、5%和10%的A-TiO2为催化剂,孔雀石绿的降解率分别为15.30%、45.10%、63.30%和40.70%.     

Y2O3∶Er3+和Y2O3∶Er3+,Yb3+纳米粉体的制备及上转换发光性能的研究

利用硝酸盐和尿素作为原料通过均相共沉淀法合成了分散性良好的Y_2O_3:Er~(3+)和Y_2O_3:Er~(3+),Yb~(3+)球形纳米粉体,粒径大小分别为100～115 nm和110～145nm.X-射线衍射结果显示,所制备的掺杂粉体仍然保持了立方Y_2O_3的物相结构.在980nm激光的激发下,Y_2O_3:Er~(3+)样品的发光情况随着Er~(3+)离子浓度的增加,上转换红光的发射强度都先增加后减小,而绿光的强度则逐渐减小.究其原因是交叉弛豫2H_(11/2)+~4I_(13/2)→~4I_(9/2)+~4F_(9/2),~4F_(7/2)+~4I_(11/2)→~4F_(9/2)+~4F_(9/2),~2H_(11/2)+~4I_(15/2)→~4I_(9/2)+~4I_(13/2)和~4I_(13/2)+~4I_(11/2)→~4F_(9/2)+~4I_(15/2)的发生.Y_2O_3:Er~(3+),Yb~(3+)则且随着Yb~(3+)离子浓度的提高,上转换红、绿光的发射强度都增加,但上转换红光发射强度增加的幅度明显要大于上转换绿光发射强度增加的幅度.通过调整Yb"离子的掺杂浓度使其发光颜色在绿色、红色之间转变,其中单带红光上转换发光是由于在Yb~(3+)离子掺杂浓度较高时,Er~(3+)离子和Yb~(3+)离子之间发生了能量反向传递.     

Fe3O4/埃洛石复合材料制备及其对铅锌选矿废水中有机物降解性能的研究

铅锌有色金属矿选矿废水中残留大量的有机选矿药剂,COD浓度高达165 mg/L,远超废水的国家排放标准,将其直接回用亦会对选矿指标带来不利影响.为降解废水中残留的有机药剂,使其达到排放或回用标准,通过热分解法将四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒负载于埃洛石天然矿物表面,制备得到Fe3O4/埃洛石复合材料,并将其作为类芬顿...     

黑电气石/TiO2/稀土离子(Nd3+,Gd3+)复合材料的制备及物相行为研究

为提高TiO2光催化性能,以黑电气石、钛酸四丁酯和稀土氧化物(Nd2O3、Gd2O3为原料,采用溶胶-凝胶法制备黑电气石/TiO2/稀土离子(Nd3+,Gd3+)复合材料,借助X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对该复合材料进行了物相分析和微观结构分析.结果表明,500℃煅烧后生成的TiO2属锐钛矿相,TiO2粒径均在纳米尺度,且成功包覆于黑电气石表面,说明制备工艺及反应条件控制合理.     

La3+-TiO2/SiO2复合纳米粉光催化降解亚甲基蓝的研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同La3 掺杂量的TiO2/SiO2复合光催化剂,通过TG/DTA、 XRD、 SEM、 UV-vis以及比表面仪等技术表征了这些纳米粉的物化性质及微观结构,并研究了其对亚甲基蓝紫外光照射降解的光催化活性.结果表明:La3 -TiO2/SiO2前驱体经500℃煅烧2h后,得到锐钛矿型氧化钛复合光催化剂.当La3 掺杂量不超过4%(摩尔百分比,下同)时,随着La3 掺杂量增多,复合粒子的尺寸减小,比表面积增大,紫外可见吸收光谱红移.La3 最佳掺杂量为4%,此时所形成的La3 -TiO2/SiO2光催化剂分散性好、尺寸分布较窄,经150min光照后对亚甲基蓝的降解率达76%,比未掺杂La3 的TiO2/SiO2的降解率提高了16%.     

改性A-TiO2紫外光催化降解碱性品红

以TiOSO₄为原料, 用水热法制备了掺铁TiO₂晶体粉末, 用XRD测定了样品的晶型, 研究了以自制的催化剂对碱性品红溶液的光催化降解行为。实验结果表明: 自制的掺铁TiO₂为锐钛矿型TiO₂(即A-TiO₂); 光催化降解碱性品红溶液的优化条件是: 2 mg/L的碱性品红溶液、掺铁量5%(摩尔分数)、A-TiO₂粉末加入量1.2 g/L, 室温搅拌下紫外(λ=365 nm)光照降解反应3 h, 此条件下碱性品红溶液降解率达到88.59%。     

红黄土对水中Cr~(3+)和Cd~(2+)的吸附性能

用天然红黄土作为吸附剂进行了去除水中Cr3+和Cd2+的试验研究,考察了pH值、吸附时间、红黄土投加量对吸附效果的影响,测定了不同pH和不同温度下的吸附等温线。结果表明:红黄土对Cr3+的吸附能力高于对Cd2+的吸附能力,一定条件下,Cr3+的去除率可达99.5%,而Cd2+的去除率最高约63%;吸附行为均符合Lang-muir单分子层吸附模型。根据试验结果,认为红黄土有望成为处理含重金属离子废水的新型吸附材料。     

基于能量传递的Ba3Y2(BO3)4:Yb3+/Er3+颜色可调上转换发光研究

采用高温固相法合成了不同Yb³⁺掺杂量的新型Ba₃Y₂(BO₃)₄:Yb³⁺/Er³⁺上转换荧光粉。借助XRD、SEM、荧光光谱等表征方法研究了Yb³⁺掺杂量对材料晶体结构、上转换发光性能的影响,探讨了材料的上转换发光机制。结果表明,Yb³⁺、Er³⁺的掺杂未引入杂相,由于Yb³⁺、Er³⁺与Y³⁺离子半径相近,随着Yb³⁺掺杂量增加,晶胞参数呈现微弱的减小趋势。Yb³⁺掺杂量0.05时,荧光粉具有最大发光强度。调控Yb³⁺掺杂量,增强了Yb³⁺与Er³⁺间的能量传递,实现了样品发光颜色由绿色→黄色→红色的转变。在980 nm激光激发下,Er³⁺的绿光和红光发射均为双光子过程。     

机械活化石墨-Fe2O3体系碳热还原反应的热力学分析

为揭示石墨的机械活化对石墨-Fe₂O₃体系碳热还原反应热力学的影响机理, 以机械力储能作为活化程度的量度, 探讨了石墨的储能对气化反应热力学、Fe₂O₃碳热还原反应热力学的影响。结果表明, 随着储能的增加, 石墨气化反应的平衡CO压力分数增大, 从而影响石墨-Fe₂O₃体系的碳热还原热力学, 具体为: 石墨储能导致铁氧化物的碳热还原温度降低, 使Fe₂O₃的各还原产物的热力学稳定区此消彼长。以临界储能19.05 kJ/mol为界限, 石墨-Fe₂O₃体系中Fe₂O₃的碳热还原遵循两种不同顺序: 储能低于19.05 kJ/mol时:Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe; 储能高于19.05 kJ/mol时:Fe₂O₃→Fe₃O₄→Fe。     

具有高效光催化析氢和污染物降解性能的三维多孔V2O5/g-C3N4制备

面对能源日益短缺和水环境污染问题,开发高性能催化剂用于光催化析氢和污染物降解具有重要意义。采用热聚合法制备复合催化剂V₂O₅/g-C₃N₄,测试结果表明该复合催化剂具备稳定的三维多孔结构,比表面积大,表面活性位点多。V₂O₅负载可以增强g-C₃N₄的光吸收能力,促进光生电荷的分离转移,进而提高其光催化活性。在可见光照射下V₂O₅/g-C₃N₄具有优异的产氢活性和较高的光催化降解RhB性能,其析氢活性为1.38 mmol?g^-1?h^-1,降解RhB性能为96.85%。通过活性粒子捕获实验探究了催化过程中RhB的降解机制,结果表明在RhB的光催化降解过程中超氧自由基起着至关重要的作用。该研究对制备高活性的可见光响应催化剂具有指导意义。     

Cr3+掺杂CaLu2Al4SiO12宽带近红外荧光材料发光性能与器件研究

近红外光谱技术在食品质量检测与分析、夜视、生物组织成像、植物生长调控等领域有重要的应用价值,宽带近红外光源在这些应用中起着重要的作用,而通过荧光材料转换实现宽带近红外LED光源有着不可比拟的优势。采用高温固相法制备了CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xCr~(3+_x=1%—13%荧光粉。研究结果表明,CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xCr³⁺荧光粉在423 nm的蓝光激发下,光谱覆盖了650—1000 nm范围,荧光粉的发射峰值位于752 nm,半高宽有167 nm。当Cr³⁺离子掺杂浓度为5%时,量子效率达到了60.9%。同时,CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xCr³⁺具有良好的热稳定性,在373 K时的发光强度为室温下的60.6%。此外,将CaLu₂Al₄Si...     

Fe/Al2O3金属陶瓷复合材料的研究进展

介绍了Fe/Al₂O₃金属陶瓷复合材料的制备方法,重点从粉末冶金的角度阐述了Fe/Al₂O₃金属陶瓷复合材料制备过程中铁基和陶瓷相的结合机理、制备工艺和材料性能的优化措施,最后就Fe/Al₂O₃金属陶瓷复合材料的未来研究方向进行了展望。     

铁掺杂TiO2纳米管阵列的制备及其电化学性能

在钛基体上,通过二次阳极氧化法和化学方法制备了不同Fe掺杂浓度的TiO2纳米管阵列,分析了所制备掺杂纳米管阵列的表面形貌、结构及化学组成,研究了其耐腐蚀性能。结果表明,0.05mol/L的Fe(NO3)3溶液浸泡可以不破坏纳米管阵列实现Fe离子高浓度掺杂。过高铁离子浓度溶液掺杂会损坏纳米管表面形貌,且实际Fe离子掺杂浓度低。经过低铁离子浓度溶液浸泡后,纳米管阵列表现出最好的耐腐蚀性。     

Mg掺杂改性γ-Fe_2O_3催化剂NH_3-SCR脱硝特性

采用共沉淀-微波热解法制备一系列不同Mg掺杂比的Fe_(1-x)Mg_xO_z(x=0,0.1,0.2,0.3)催化剂,研究Mg掺杂对γ-Fe_2O_3催化剂SCR脱硝活性的影响,并借助XRD,N_2吸附-脱附、SEM和EDS等手段对催化剂进行表征。Mg的最佳掺杂比为0.2,且Fe_(0.8)Mg_(0.2)O_z催化剂在325℃时脱硝效率可达99.1%,同时活性温度窗口为250~350℃。Fe_(0.8)Mg_(0.2)O_z催化剂主要活性组分为γ-Fe_2O_3,其中Mg以无定型状态存在,能够与晶格中的Fe相互作用形成良好的固溶体,其较大的比表面积(44.00 m~2/g)、比孔容(0.19 cm~3/g)为反应气体在催化剂表面吸附与活化提供了丰富的表面活性位;合理的孔结构分布、良好的孔间连通性则利于传质的快速进行。Fe_(0.8_Mg_(0.2)O_z催化剂最佳O_2体积分数为3%,推荐NH_3/NO为1;催化剂表面氧化能力的提高及反应物的快速吸附、活化有利于NH3-SCR反应的进行。