纳米二氧化钛的制备及其光催化应用进展

纳米二氧化钛是一种纳米功能粉体材料,主要用于高科技领域.近年来,人们对纳米二氧化钛进行了广泛的研究.首先介绍了纳米二氧化钛的制备方法,然后就其作为光催化剂的作用机理及其在水处理、空气净化、抗菌方面的应用进行了综合评述.     

纳米羟基磷灰石的制备及其对Pb2+的吸附性能

采用溶胶-凝胶法制备了纳米羟基磷灰石(n-HAP),使用FTIR、XRD、气体吸附仪等表征了n-HAP的物相及微观结构,并研究了n-HAP对模拟含Pb2+废水中Pb2+的吸附特性。实验结果表明:所制备的n-HAP粒径为24.39 nm,比表面积为53.50 m2/g,孔体积为0.32 cm3/g;n-HAP对Pb2+的去除率随吸附时间、吸附温度和溶液pH(小于6.5的实验范围)的增加而增大,随初始Pb2+质量浓度增大而减小;n-HAP对Pb2+的吸附较符合准二级吸附动力学方程,颗粒内扩散过程是吸附速率的控制步骤;Langmuir吸附等温方程比Freundlich吸附等温方程更适合描述n-HAP对Pb2+的吸附热力学行为,Pb2+在n-HAP上的吸附符合单分子层吸附形式。     

纳米TiO2的制备及其对品红的超声降解研究

采用超声水解法制备纳米TiO2,并以其作为催化剂降解品红.通过试验考察了不同催化剂用量、pH、反应功率、反应时间及Na+、K+、Cl-、SO42-等离子对品红超声催化降解的影响.结果表明,在适宜的反应条件下,降解率超过93%.     

纳米腐植酸基复合树脂的制备及其对Ni~(2+)和Cd~(2+)的吸附

采用水溶液聚合法,以丙烯酸、丙烯酰胺及改性蒙脱土为原料,纳米腐植酸为基体,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,过二硫酸钾为引发剂,制备了丙烯酸-蒙脱土-丙烯酰胺/纳米腐植酸复合树脂(简称复合树脂)。考察了溶液pH、吸附时间、吸附温度、初始离子浓度等因素对复合树脂分别吸附Ni~(2+)和Cd~(2+)的影响。实验结果表明:在吸附温度35℃、吸附时间90 min、溶液pH为7、初始Ni~(2+)和Cd~(2+)的浓度分别为0.02 mol/L、复合树脂加入量16.7 g/L的条件下,Ni~(2+)和Cd~(2+)的吸附量分别为383.02 mg/g和359.27 mg/g;复合树脂吸附Ni~(2+)和Cd~(2+)的吸附等温线均满足Langmuir等温吸附方程;吸附过程均符合准二级动力学方程;复合树脂重复使用6次,其对Ni~(2+)和Cd~(2+)的吸附量分别降低了17.1%和9.3%。     

污泥基生物炭的制备及其对Hg~(2+)的吸附

在添加乙酸钾的条件下将污泥低温热解制备出污泥基生物炭,并将其用于溶液中Hg~(2+)的吸附,考察了Hg~(2+)吸附效果的影响因素,并对吸附机理进行了分析。表征结果显示:热解对污泥有一定的造孔作用,而乙酸钾对孔隙结构的形成影响更大。实验结果表明:在吸附温度为25℃、溶液p H为6、初始Hg~(2+)质量浓度为15 mg/L、污泥基生物炭投加量为6 g/L的条件下,吸附24 h时的Hg~(2+)去除率达97.08%;污泥基生物炭对Hg~(2+)的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,吸附行为符合Lagergren准二级动力学方程。     

氧化石墨烯负载纳米零价铁的制备及其对亚甲基蓝的吸附

采用液相还原法制备氧化石墨烯负载纳米零价铁吸附剂(Fe0/GO),并用于吸附去除溶液中的亚甲基蓝(MB)。考察了溶液p H、吸附温度、吸附时间、初始MB质量浓度对Fe0/GO吸附MB的影响。SEM等表征结果显示:Fe0以球形或短链形负载在GO上,增加了材料的反应活性位点;Fe0/GO的比表面积为158.32 m2/g,等电点为3。实验结果表明:在溶液p H为6、吸附时间5 h、吸附温度25℃的最佳条件下,加入400 mg/L的Fe0/GO,处理初始MB质量浓度为160 mg/L的MB溶液,MB去除率为89.26%,吸附量为125.5 mg/g;Langmuir等温吸附方程和Frenudlich等温吸附方程均能较好地描述Fe0/GO对MB的吸附过程;Fe0/GO对MB的吸附行为遵循准二级动力学方程;计算得出吸附温度为25℃、初始MB质量浓度为160 mg/L时的饱和吸附量为201.2 mg/g,平衡吸附量为124.3 mg/g。     

纳米晶粒TiO2多孔微球的制备及其光催化性能的研究进展

介绍了纳米晶粒TiO2多孔微球的主要制备方法、主要参量及表征、光催化性能研究进展,指出了纳米晶粒TiO2多孔微球制备过程的技术关键与基本参量的功能。针对目前存在的问题,提出了今后的主要研究方向,并展望了纳米晶粒TiO2多孔微球在水处理领域的应用前景。     

纳米MnO_2/Fe_3O_4对镉离子的静态吸附

采用水热合成法将Mn O_2包覆于纳米Fe_3O_4的表面,制备出纳米Mn O_2/Fe_3O_4,并将其用于含镉溶液的吸附。考察了吸附效果的影响因素,并研究了纳米Mn O_2/Fe_3O_4的重复使用性能。实验结果表明:在初始镉离子质量浓度为10 mg/L、吸附剂投加量为4 g/L、吸附温度为20℃、溶液p H为6.0、吸附时间为12 h的条件下,镉离子去除率由使用纳米Fe_3O_4时的3%增至使用纳米Mn O_2/Fe_3O_4时的96%;在初始镉离子质量浓度为50 mg/L、纳米Mn O_2/Fe_3O_4投加量为4 g/L、吸附温度为20℃、溶液p H为6.0、吸附时间为1 h的条件下,镉离子去除率达78%,吸附量为9.7 mg/g;经5次重复使用后,纳米Mn O_2/Fe_3O_4对镉离子的去除率仅比首次使用时降低了10百分点,具有良好的重复使用性能。     

类氧化硅气凝胶吸附材料的制备及其吸附性能

以有机硅高沸物和Na₂SiO₃·9H₂O为原料,采用溶胶-凝胶法制备出疏水性的类氧化硅气凝胶吸附材料。采用透射电子显微镜、傅里叶变换红外分析仪和比表面与空隙度分析仪对该吸附材料的结构进行表征。表征结果显示,该吸附材料呈海绵状多孔结构,比表面积为294.48 m²/g,孔径分布较宽（为2 ~140 nm）,平均孔径为8.95 nm。实验结果表明：采用该吸附材料常温下静态吸附处理质量浓度为10 mg/L的罗丹明B（RhB）溶液,在类氧化硅气凝胶吸附材料加入量50 g/L、静态吸附时间5 h的最佳静态吸附工艺条件下,RhB去除率为98.8%,吸附后RhB质量浓度为0.124 mg/L;采用该吸附材料常温下动态吸附处理质量浓度为15 mg/L的RhB溶液,吸附4 h后开始穿透,吸附7 h后完全穿透。穿透时间较长,表明该吸附材料具有较大的吸附容量。     

Fe/SiO_2复合材料的制备及其对Cd~(2+)的吸附

以Na_2SiO_3为原料、聚乙二醇-2000为结构导向剂,采用溶胶-凝胶和高温煅烧两步法制备SiO_2微球,再以其为载体,采用液相还原法负载零价纳米铁,制得Fe/SiO_2复合材料。采用SEM,FTIR,XRD技术对Fe/SiO_2复合材料的形貌结构进行表征,研究了Fe/SiO_2复合材料对Cd~(2+)的吸附性能。表征结果显示,纳米铁以毛绒状负载在SiO_2微球上。实验结果表明,在溶液pH为5、n(SiO_2):n(Fe)=2、老化温度为70℃的最佳工艺条件下制备的Fe/SiO_2复合材料在25℃时处理Cd~(2+)初始质量浓度为35 mg/L的模拟含Cd~(2+)废水,Cd~(2+)吸附容量为28.10 mg/g。Fe/SiO_2复合材料对Cd~(2+)的吸附作用较符合准二级吸附动力学方程,对Cd~(2+)的等温吸附过程更符合Langmuir模型。     

氨基改性二氧化硅气凝胶的制备及其对镍离子的吸附性能

以正硅酸乙酯为硅源、3-氨丙基三乙氧基硅烷为改性剂,采用溶胶-凝胶法制备了氨基改性二氧化硅气凝胶,采用FTIR、SEM、TEM和BET技术对其进行了表征,并将其用于对水中镍离子的吸附。表征结果显示,改性前后的气凝胶均具有三维多孔网络结构,比表面积分别为877.35 m²/g和357.76 m²/g,平均孔径分别为10 nm和12 nm。实验结果表明：溶液pH为4~7时改性气凝胶对镍离子均保持较高的吸附量,溶液pH为6左右时吸附量最高;Langmuir等温吸附模型能更好地描述镍离子在改性气凝胶上的吸附行为,其饱和吸附量为70.03 mg/g,改性前仅为29.05 mg/g;改性气凝胶重复使用5次后,仍保持较高的镍离子去除率,重复使用性能良好。     

DTC类改性糯米淀粉的制备及其吸附水中Pb2+性能

采用碱法从天然糯米中提取糯米淀粉（SS）,经环氧氯丙烷交联、醚化,邻苯二胺胺化,CS₂亲核加成,最终制备出一种新型Pb²⁺吸附剂——二硫代氨基甲酸盐（DTC）类改性糯米淀粉（DTCS）。在吸附剂加入量2.0 g/L、Pb²⁺质量浓度30 mg/L的条件下,不同阶段改性产物吸附Pb²⁺的最佳pH均为7.0,吸附平衡时间为30 min。SS对Pb²⁺的吸附去除率仅为9.1%,经改性后吸附能力逐步提高,最终产物DTCS对Pb²⁺的吸附效果最佳,Pb²⁺去除率高达99.9%,平衡吸附量为14.97 mg/g。DTCS对Pb²⁺的吸附过程符合准二级吸附动力学模型,以化学吸附为主。     

二氧化钛/石墨烯气凝胶的制备及其可见光催化性能

以不同m（氧化石墨）∶V（钛酸四丁酯）的氧化石墨和钛酸四丁酯为原料,采用一步水热还原法制备4种TiO₂/石墨烯气凝胶。采用XRD谱图、FESEM照片、拉曼光谱谱图和能谱谱图对样品的结构、形貌、组成元素进行了表征分析。以溶液中罗丹明B的降解率作为评价指标,考察了4种TiO₂/石墨烯气凝胶的可见光催化性能。实验结果表明：随着氧化石墨含量的增加,石墨烯对TiO₂的包覆变好,石墨烯与TiO₂ 成功复合形成三维气凝胶;罗丹明B在TiO₂/石墨烯气凝胶体系中的光催化降解反应属于一级反应,4种TiO₂/石墨烯气凝胶对罗丹明B的最高降解率和反应速率分别是纯TiO₂体系的4.5倍和9.9倍,实现了TiO₂的可见光催化。     

膨润土-钢渣复合吸附剂对Fe2+的吸附性能

研究了膨润土-钢渣复合吸附剂对模拟酸性矿山废水中Fe²⁺的吸附去除效果、Fe²⁺在吸附剂表面的赋存形态及其吸附机理和规律。结果表明：复合吸附剂在处理含Fe²⁺模拟酸性矿山废水时,不仅能释放碱性物质中和酸,且发生了吸附-聚沉协同作用;Fe²⁺可与膨润土发生晶格置换,还可通过静电吸附作用形成硅酸盐类矿物相,还有一部分通过配合作用生成多金属氧化物,最后一类是通过化学沉淀作用生成的 Fe（OH）₂或Fe（OH）₃受热分解而形成Fe₂O₃;被吸附的Fe²⁺中98.62%以残渣态形式存在于复合吸附剂中;复合吸附剂对Fe²⁺的吸附行为符合BET等温吸附模型和准二级动力学模型。     

硅胶固载胍盐离子液体脱硫材料的制备及其SO2吸附性能

采用一步法分别合成了1,1,3,3-四甲基胍辛二酸盐离子液体([TMG][SUB])和1,1,3,3-四甲基胍聚乙二醇二羧酸盐离子液体([TMG][PBE]),并采用浸渍法将其分别固载到硅胶上,制备了2种硅胶固载胍盐离子液体脱硫材料(固载材料)。对离子液体和固载材料进行了表征,并考察了固载材料对SO2的吸附性能和再生性能。实验结果表明:固载材料对SO2的吸附发挥了离子液体和硅胶的协同作用,离子液体结构中的醚基基团可促进固载材料对SO2的吸附;在固载比为0.2∶1时,所制备的固载材料[TMG][PBE]-SiO2的SO2饱和吸附量为1.22 g/g(以离子液体计,下同),[TMG][SUB]-SiO2的SO2饱和吸附量为1.01 g/g,均大于纯离子液体,且[TMG][PBE]-SiO2的再生性能更好。     

PP-g-GMA-DETA螯合纤维吸附处理含Pb2+废水

采用低温等离子体技术将甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）接枝在聚丙烯（PP）纤维表面,再用二乙烯三胺（DETA）胺化,制得PP-g-GMA-DETA螯合纤维,并应用于含铅模拟废水的处理。考察了吸附时间、溶液pH和初始Pb²⁺质量浓度对吸附量的影响。实验结果表明：PP-g-GMA-DETA螯合纤维对Pb²⁺的吸附速率很快,15 min时基本达到平衡吸附量,约为24.83 mg/g;随溶液pH的增加吸附量先迅速升高后保持平稳,在溶液pH为5.0时达到25.37 mg/g;随初始 Pb²⁺质量浓度的增加,吸附量迅速上升,当初始Pb²⁺质量浓度达到60 mg/L后,吸附量增长缓慢,最终保持吸附平衡。PP-g-GMA-DETA螯合纤维对Pb²⁺的吸附符合Langmuir等温吸附模型,是典型的单分子层吸附,饱和吸附量为31.40 mg/g。     

活化后钾改性正硅酸锂吸附CO2的性能评价及动力学研究

制备了钾改性正硅酸锂(K-Li4SiO4),并对其进行了自活化,考察了活化后K-Li4SiO4吸附剂在不同温度和CO2浓度气氛中吸附CO2的性能及动力学行为。总体而言,吸附剂的CO2吸附能力随着温度的升高、CO2浓度的增加而提升。在700℃、100%体积分数CO2气氛中吸附剂的吸附量最大,可达7.9 mmol/g,吸附剂的利用率为95.2%。利用双指数模型能够很好地描述吸附剂在各个温度以及各个CO2浓度气氛下的CO2吸附过程。吸附活化能随着CO2气氛浓度的升高而降低,CO2体积分数为20%,50%,100%时的吸附活化能分别为26448,14035,6178 J/mol。     

CeO2/TiO2纳米管催化剂脱硝性能研究

利用废气中本身含有的CO催化还原烟气中的NO_x,可以实现以废治废。采用TiO₂纳米管负载CeO₂,制备CeO₂/TiO₂纳米管催化剂,并对其进行了SEM表征及影响因素实验。实验结果表明：在n（Ce）∶n（Ti）=3∶7、焙烧温度500 ℃、焙烧时间3 h时制备的CeO₂/TiO₂纳米管催化剂形貌较好,表面颗粒分布相对均匀;反应温度400~600 ℃时NO脱除率达98%;该催化剂具有一定的抗氧性能;当n（SO₂）∶n（NO）=（1∶2）~（2∶1）时,NO脱除率仍然在95%以上。