可见光响应的碳氮共掺杂TiO_2抑杀蓝藻和降解微囊藻毒素(MC-LR)的研究

以异丙醇钛为钛源,壳聚糖为碳源和氮源,合成了碳氮共掺杂二氧化钛(C,N-TiO_2),经X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对合成的纳米材料进行表征。研究了C,N-TiO_2在可见光作用下对铜绿微囊藻的抑杀效果和对微囊藻毒素(MC-LR)的降解性能。结果表明:C,N-TiO_2为锐钛矿相,C和N的掺杂拓宽了TiO_2的光响应范围;试验反应10 h后对叶绿素a的去除率可达83%,C,N-TiO_2通过破坏铜绿微囊藻的细胞膜和降低藻细胞抗氧化物酶活性,从而产生抑藻作用;此外,光催化反应6 h后,C,N-TiO_2对MC-LR的去除率可达89.9%,其在可见光作用下的催化活性明显高于P25。     

MnO_2催化生成O_2作电子捕获剂协同TiO_2催化剂的制备及研究

为提高氮掺杂二氧化钛的可见光响应及反应效率,以尿素为氮源,硅胶为负载剂,采用溶胶-凝胶法制备了二氧化硅负载氮掺杂二氧化钛粉末,再采用等体积浸渍法将二氧化锰负载在上述催化剂上,经过烘干、焙烧制得具有可见光响应的复合型光催化剂;利用TEM、SEM、XRD、XPS等方法对制备的复合型光催化剂进行了表征,在可见光照射下对复合型光催化剂的光催化活性进行了测试,并考察了氮的掺杂量和焙烧温度对其光催化活性的影响。试验结果表明:改性后的复合型光催化剂光响应范围由紫外光区拓展到可见光区,在降解甲基橙的试验中表现出良好的可见光催化活性;通过对其光催化反应机理的探讨及处理效果的分析,负载的二氧化锰催化产生的O_2可作为良好的电子捕获剂而提高反应效率;随着氮掺杂量的减少、焙烧温度的提高,复合型光催化剂的可见光催化活性减弱。     

GR/TNT复合光催化剂的制备及其降解苯酚的性能研究

以P25为原料,采用碱热法制备二氧化钛纳米管(Ti O_2nanotubes,TNT),Hummers法制备氧化石墨(Graphite Oxide,GO),水热法生成石墨烯二氧化钛纳米管(GR/TNT)复合光催化剂。通过XRD、FTIR、SEM及UV-Vis光谱仪对材料进行表征,表明GR/TNT由化学键结合,且禁带宽度由3.2 e V减小到1.38 e V。掺杂GR可抑制TNT空穴和电子间的复合,且拓宽其光响应范围,光催化活性可延伸到可见光范围。通过GR/TNT降解苯酚,确定其最佳制备条件。180℃下水热反应3 h的2.5%GR/TNT光催化效果最佳,在紫外光(11 W)和可见光(500 W)条件下,10 mg/L的苯酚降解率分别可达95%和80%。GR/TNT降解苯酚满足一级反应动力学方程(R~2≥0.95),且具有较好的稳定性和重复使用性,循环5次利用率可达到初次的88%。     

再生水补水条件下底泥对藻类生长影响作用

以异丙醇钛为钛源,壳聚糖为碳源和氮源,合成了碳氮共掺杂二氧化钛(C,N-TiO_2),经X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对合成的纳米材料进行表征。研究了C,N-TiO_2在可见光作用下对铜绿微囊藻的抑杀效果和对微囊藻毒素(MC-LR)的降解性能。结果表明:C,N-TiO_2为锐钛矿相,C和N的掺杂拓宽了TiO_2的光响应范围;试验反应10 h后对叶绿素a的去除率可达83%,C,N-TiO_2通过破坏铜绿微囊藻的细胞膜和降低藻细胞抗氧化物酶活性,从而产生抑藻作用;此外,光催化反应6 h后,C,N-TiO_2对MC-LR的去除率可达89.9%,其在可见光作用下的催化活性明显高于P25。     

乙二胺溶胶凝胶法氮掺杂TiO_2的光催化研究

以钛酸四丁酯(TBT),乙二胺(EDA)为前驱体,乙醇为溶剂,冰醋酸为抑制剂,采用溶胶-凝胶法制备了N掺杂纳米TiO2光催化剂。通过紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、荧光发射光谱(FES)、X射线衍射光谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、和BET比表面分析对其光谱特征、晶相结构、表面组成、比表面积进行了表征,以苯酚为模拟污染物考察了其光催化活性。结果表明:该方法制备的N掺杂纳米TiO2的光谱吸收带发生了明显红移,当EDA/TBT(摩尔比)=1/10及焙烧温度为550℃时,所制备样品对可见光的吸收最强,可见光照射150min苯酚的降解率为34.6%,紫外光照射100min苯酚的降解率达到97.8%。     

不同煅烧温度制备的Mn、N掺杂TiO2光催化性能研究

以MnSO4·H2O为锰源,尿素为氮源,采用溶胶-凝胶法制备不同锻烧温度的纯TiO2、Mn-TiO2及Mn-N-TiO2光催化剂,利用X射线衍射、紫外-可见光漫反射光谱及电子自旋共振等技术对样品形貌和结构进行表征,并以罗丹明B的光催化降解为模型反应,考察不同锻烧温度对其光催化活性的影响.结果表明,Mn、N成功掺入TiO2后,有利于提高光催化剂的热稳定性,抑制锐钛矿相向金红石相转化,且光吸收拓展到可见光区域.Mn、N共掺杂样品比单Mn掺杂样品具有更高的光催化活性,400℃下锻烧的Mn-N-TiO2在可见光下对罗丹明B的降解具有最高的光催化活性,光照2h降解率达到100%.高温锻烧Mn-N-TiO2和Mn-TiO2样品在紫外光照射30min后对罗丹明B的降解率在90%以上.     

碳掺杂二氧化钛粉体的制备及光催化性能研究

以硫酸钛和尿素为前驱,葡萄糖(C6H12O6)为碳源,采用均匀沉淀-水热法制备了碳掺杂的二氧化钛(TiO2)粉体,通过对甲基橙在汞灯(模拟紫外光)和氙灯(模拟太阳光)下的降解试验,研究了掺碳量对TiO2粉体光催化活性的影响。结果表明:碳掺杂可提高TiO2粉体在可见光范围内降解甲基橙的能力,当碳、钛摩尔比为0.225时,碳掺杂TiO2粉体在可见光范围内的光催化活性最强。     

吸附相反应技术制备微弱光响应的多组分掺杂TiO2催化剂

利用弱光(紫外和可见)激发Ti O2光降解污染物是拓展多相光催化实际应用的关键之一.以吸附相反应技术为基础,利用N掺杂以及共掺杂两种方式制备多组分Ti O2光催化剂,并研究其在弱光下光降解甲基橙的过程.结合紫外可见漫反射光谱、X射线衍射、X射线电子能谱以及光致发光光谱等表征手段,探索焙烧温度、N掺杂量以及共掺杂对催化剂光吸收和可见光响应拓展的影响,进而研究弱光下催化剂活性的变化规律.结果发现,N掺杂可以显著增强催化剂的光吸收,从而显著提升其在弱紫外光下光降解甲基橙催化活性,所有N掺杂催化剂的活性均优于商用P25光催化剂.N掺杂对催化剂的可见光响应拓展作用不大,因而单一N掺杂后大部分催化剂在弱可见光下没有活性,仅5%N掺杂催化剂在900℃热处理后有微弱活性.N和Fe2O3二元耦合形成的共掺杂催化剂中,两者之间的协同作用既增强了复合光催化剂的光吸收,也显著拓展了催化剂的可见光响应,因而得到了在弱可见光下具有良好活性的复合光催化剂.     

Sn~(4+)/TiO_2光催化降解邻硝基苯酚的实验与理论研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同浓度Sn4+掺杂Ti O2纳米复合材料,用XRD和SEM分别对其结构和形貌进行了表征,并在紫外光和可见光条件下,分别研究其对邻硝基苯酚的降解效果,考查Sn4+掺杂量对光催化活性的影响,并利用基于密度泛函理论的第一性原理对Sn4+掺杂锐钛矿相Ti O2能带结构和态密度进行了计算。结果表明:采用该法制备的纳米颗粒为尺寸均匀,约50 nm的锐钛矿相结构,Sn4+掺杂并未改变晶相结构,Sn4+掺杂量为5%时的光催化降解邻硝基苯酚效果最好,在可见光下取得了与紫外光下基本一致的效果,降解率达到了98.8%。理论计算表明:Sn4+掺杂Ti O2后,在Ti O2的价带底附近出现了一个由Sn4+5s轨道组成的能级,导致掺杂后光催化活性增强。     

钒氮共掺杂TiO_2的制备及其光催化性能

通过水解沉淀-浸渍法制备了钒、氮共掺杂纳米TiO2光催化剂,并用XRD、UV-Vis、XPS表征了其结构特征。XRD分析结果表明,共掺杂和单掺杂均为单一的锐钛矿相,氮和钒都进入了TiO2晶格中。UV-Vis漫反射光谱显示,钒、氮的掺杂使得催化剂对可见光的响应红移至509 nm。XPS研究表明,N以O-Ti-N和Ti-O-N结构存在于钒氮共掺杂TiO2中,V以V4+和V3+的形式存在于钒氮共掺杂TiO2晶格中。分别以汞灯和太阳光为光源,以亚甲基蓝为降解物,进行催化剂的光催化降解实验,结果表明,煅烧温度为300℃,钒的掺杂量为1%时,钒、氮共掺杂TiO2的光催化降解效率最高。     

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.      

Visible light induced photodegradation of organic pollutants on nitrogen and fluorine co-doped TiO2 photocatalyst

The nitrogen and fluorine co-doped TiO2 polycrystalline powder was synthesized by calcinations of the hydrolysis product of tetrabutyl titanate with ammonium fluoride. Nitrogen and fluorine co-doping causes the absorption edge of TiO2 to shift to a lower energy region.The photocatalytic activity of co-doped TiO2 with anatase phases was found to be 2.4 times higher than that of the commercial TiO2 photocatalyst Degussa P‘25 for phenol decomposition under visible light irradiation. The co-doped TiO2 powders only contain anatase phases even at 1000%. Apparently, ammonium fluoride added retarded phase transformation of the TiO2 powders from anatase to futile.The substitutional fluorine and interstitial nitrogen atoms in co-doped TiO2 polycrystalline powder were responsible for the vis light response and caused the absorption edge of TiO2 to shift to a lower energy region.     

载银TiO_2光催化剂的合成及活性研究

以钛酸四正丁酯为起始原料,采用溶胶-微波法合成出TiO2纳米粒子,借助XRD、UV-Vis吸收光谱等测试手段对其进行了表征,并以罗丹明B为模型污染物考察了酸水比、微波反应温度和微波反应时间等因素对样品光催化性能的影响。结果表明,溶胶-微波法制备TiO2的最佳工艺条件为:酸水比7:1,微波反应温度150℃,反应时间8min。以最佳工艺条件下制备的TiO2为原料,采用光还原法成功制备出载Ag纳米TiO(2摩尔比为1:1),将该光催化剂置于自然光下用于采油厂工业废水的处理,太阳光下照射10h,COD去除率达到92.35%。     

Ag/TiO2对几种难降解有机污染物的光催化降解

采用光化学还原法制得的Ag/TiO2 (1 .0 % )为光催化剂对三种典型难生物降解有机污染物磺基水杨酸、H酸、苯酚湿式催化氧化出水进行光催化降解 ,研究光催化体系在难生物降解有机污染深度净化中的应用。结果表明 ,对于三种模型污染体系 ,Ag/TiO2 均表现出较TiO2 高的光催化活性 ,但对苯酚湿式催化氧化出水的COD去除效率较低     

TiO2光催化剂的改性研究

采用浸渍法制备了掺杂Fe3+ ,用NH4 Cl提高单分散性并且用稀H2 SO4 表面修饰的TiO2 粉体光催化剂 ,考察了它与TiO2 在紫外光和日光作用下对直接耐晒黑G的降解效果。结果表明 ,以TiO2 干凝胶为母体 ,依次浸渍Fe3+ 、NH+ 4以及SO2 - 4所制备的粉体光催化剂Fe3+ /SO2 - 4/TiO2 在紫外光作用下降解效果比纯TiO2 高 2 .1倍 ,在日光作用下比TiO2 高 1 .9倍。X射线衍射分析表明 ,该法制备的TiO2 粉体中锐钛矿相占 1 0 0 % ,没有金红石相 ,平均晶粒粒径为 4nm ;红外吸收光谱分析表明 ,无论是纯TiO2 还是经过掺杂Fe3+ 、用H2 SO4 进行表面修饰后的TiO2 ,红外吸收光谱图基本相似 ,说明掺杂和表面修饰并没有极大地改变TiO2 的化学结构 ,光催化性能的提高归属于杂质能级的电子捕获陷阱作用、有效光成分增加和光生电子向反应物的迅速转移     

Effect of crystalline structure on terbuthylazine degradation by H2O2-assisted TiO2 photocatalysis under visible irradiation

Various methods for shifting the optical response of TiO₂ into the visible (Vis) range have been reported. Herein, we reported the application of a TiO₂/H₂O₂/Vis process and the effects of TiO2 crystalline structure on the degradation of terbuthylazine. The results indicated that TiO₂ crystalline structure and H₂O₂ addition had significant effects on terbuthylazine degradation: its degradation rate could be increased from 7% to 70% with H₂O₂ addition after 180?min of reaction, the synergistic degradation of terbuthylazine by TiO₂-Fe^{3 +} was substantially accelerated, with the degradation rate reaching up to 100% after 20?min of reaction, and rutile TiO₂ showed better photocatalytic activity and a more obvious synergistic effect than anatase TiO₂. The addition of free-radical scavengers (tert-butyl alcohol or methanol) inhibited the degradation efficiency of rutile TiO₂, but had a relatively minor effect on anatase TiO₂. Fluorescence spectrophotometry analysis indicated that hydroxyl free radicals could be continuously produced when using rutile TiO₂ as the photocatalyst. Degradation of terbuthylazine catalyzed by rutile TiO₂ occurred mainly in solution, but occurred on the particle surface of the photocatalyst when catalyzed by anatase TiO₂. This study provides new insight into the role of TiO₂ crystalline structure on the degradation of terbuthylazine and its photocatalytic degradation mechanism.     

ZnFe_2O_4/TiO_2光催化剂制备及乙酰甲胺磷降解性能研究

分别采用共沉淀法和溶胶-凝胶法制备了ZnFe2O4和掺杂ZnFe2O4的纳米级TiO2光催化剂,进行了XRD、TEM和UV visDRS表征,以卤素灯为光源对纳米TiO2降解水溶液中乙酰甲胺磷农药进行了研究。考察了反应液初始pH值、催化剂用量、H2O2用量对降解率的影响。实验结果表明,焙烧温度为400℃、掺杂量为0.5%的ZnFe2O4/TiO2纳米粉体降解效果最佳,在相同条件下,反应2h后农药降解率可比纯TiO2提高20%左右。正交实验优化了降解反应条件,在常温常压下,起始pH值为12、H2O2浓度为12mmol/L、催化剂浓度为0.5g/L、反应3h后,初始浓度为1.0×10-4mol/L的乙酰甲胺磷农药降解率可达61.2%。     

炼油高浓度有机废碱水预处理方法研究

经实验比较了UVO3、UVH2O2、UVTiO2H2O2系统对炼油高浓度废碱水的降解。结果表明,3种方法均有较好的效果,在本实验条件下,UVTiO2H2O2法的除油效果明显。在UVO3系统中,紫外光使废水CODCr、油、酚的降解率分别提高24%、31%、28%,特别是将废水BOD5CODCr值平均提高到0.45,有效地改善了废水的可生化性,因此是一种较好的预处理技术,同时该实验也为进一步的动态实验奠定基础。     

Fe3+、Ce3+掺杂TiO2光催化降解气相二苯并呋喃

以气相二苯并呋喃为研究对象,考察了在TiO2、Ce3+/TiO2和Fe3+/TiO2 3种不同光催化剂作用下,反应物初始浓度、湿度、气体循环速率和光强等因素对间歇式光催化反应速率的影响,并建立了估算和测定二苯并呋喃光催化反应常数和Langmuir吸附常数的数学模型和方法.结果表明,Fe3+和Ce3+掺杂修饰TiO2光催化剂后,提高了对二苯并呋喃的光催化降解活性,其中Fe3+/TiO2光催化活性最高;随着二苯并呋喃初始浓度的增大,其光催化降解速率也随之增大;适量的水蒸气存在可以促进二苯并呋喃的降解,但当水蒸气过量后,反而阻碍二苯并呋喃光催化降解;随着气体循环速率加快和光强的增大,二苯并呋喃光催化降解初始速率也随之增大;TiO2、Ce3+/TiO2和Fe3+/TiO2光催化降解二苯并呋喃反应速率常数k分别为34.54×10-5、36.23×10-5和37.95×10-4mg.(min.m2)-1.