原位红外光谱法研究三氯乙烯在TiO2表面的光催化降解

通过原位红外光谱技术在线研究了三氯乙烯的直接光降解以及三氯乙烯在TiO2表面的气相光催化降解. 研究结果表明, UV/TiO2体系比UV体系具有更强的降解能力. 在三氯乙烯的光催化降解过程中, 发现有二氯乙酰氯、二氧化碳、一氧化碳、水、氯化氢和光气等中间产物生成. 根据反应结果, 分析了三氯乙烯在TiO2表面的气相光催化降解机理: 三氯乙烯在羟基自由基等作用下生成中间产物二氯乙酰氯, 二氯乙酰氯进一步发生自由基反应, 最终降解为二氧化碳、一氧化碳、水、氯化氢和光气.     

光催化降解甲醛的波长效应研究

分别以紫外杀菌灯和黑光灯为光源,研究了TiO2薄膜催化剂上甲醛的光催化氧化反应.实验结果表明,紫外杀菌灯照射下,甲醛的光催化降解率明显低于以黑光灯为光源时甲醛的光催化降解率.采用傅立叶红外光谱(FT-IR)和热分析(TG-DTA)对反应后的TiO2光催化剂进行分析和表征,对两种不同光源照射下甲醛光催化降解率的差异进行了初步探讨.     

甲基叔丁基醚光催化降解的反应历程

以自制的TiO2为催化剂,在间歇式光催化反应装置中考察了水中甲基叔丁基醚的光催化降解反应.结果表明,水中MTBE在TiO2催化剂、氧气和紫外光照射的条件下能被光催化转化成无毒产物并最终被矿化.MTBE光催化降解过程中产生的主要中间产物有甲酸叔丁酯、叔丁醇和丙酮,尽管降解速率不同,它们也都能被光催化降解.通过对反应物、中间物及产物的追踪分析,认为MTBE的光催化降解首先是通过羟基化过程来进行,进而提出MTBE光催化降解的可能反应历程.     

焙烧温度对氧化锌纳米棒光催化生产H2O2活性的影响

过氧化氢作为一种对环境友好的、重要的化学原料,被广泛用于化学工业、漂白剂和废水处理等领域.近几十年来,过氧化氢主要通过蒽醌工艺生产.然而,该方法需要多步蒽醌加氢和氧化反应,导致较高的生产成本和能量消耗,同时伴随着大量的二氧化碳排放.另一种替代策略是在贵金属催化剂的辅助下,由氢气和氧气的混合气体在高温下直接合成.但是,氢气和氧气的混合气体在高温下存在爆炸的危险,从而限制了其大规模应用.因此,探索一种低能耗、温和条件下生产过氧化氢具有重要的意义.太阳能驱动光催化生产过氧化氢是解决上述问题的理想途径.通常认为,过氧化氢是由直接双电子还原(E(O2/H2O2)=0.68 V vs.NHE)或间接单电子O2还原(E(O2/?O2?)=-0.33 V vs.NHE)产生的.氧化锌半导体具有很的稳定性好、环保和成本低等优点,因此经常被用于二氧化碳的光催化还原、污水处理和气体传感器等领域.氧化锌的导带电势(ECB=-0.5 V vs.NHE)比氧还原电势更负,意味着它在热力学上满足光催化过氧化氢生产的要求.然而,目前关于氧化锌的光催化生产过氧化氢的研究尚未受到较多的关注.本文采用简单的水热法制备了一维氧化锌纳米棒,在不同温度下热处理后,对其形貌和结构、光学性质和电化学性质进行了表征.同时,系统地研究了以乙醇为牺牲剂光催化生产过氧化氢的性能.结果表明,随着焙烧温度的升高,氧化锌纳米棒内部的氧空位被空气中的氧气重新填充,其催化生成过氧化氢的活性先升高后降低.经300oC焙烧的氧化锌光催化产过氧化氢的活性最好,为285μmol L-1 h-1.同时,对过氧化氢的生成机理研究结果表明,该过程中为间接单电子O2还原过程.氧气先与一个电子反应生成超氧自由基,再与两个质子和一个电子反应生成过氧化氢分子.综上,本文为氧化锌纳米棒光催化产过氧化氢的机理研究提供了新认识,并提出了一种有前途的过氧化氢生产策略.     

室内空气中微量甲醛光催化降解研究进展

综述了甲醛的室内空气污染的研究现状及其对人体健康的影响,阐述了光催化降解的基本原理,分析了液相和气相条件下甲醛降解的途径和影响因素,以及光催化降解甲醛的催化剂的发展情况,讨论了甲醛光催化降解进一步研究的方向和应用前景.     

X射线光电子能谱法研究UV_(254nm)光催化、O_3强化UV_(254nm)光催化和真空紫外光催化降解甲醛中Pt-TiO_2薄膜的表面性质(英文)

以Pt-TiO2为光催化剂,研究了气相甲醛分别在35 h连续UV254 nm光催化、O3强化UV254 nm(O3+UV254 nm)光催化和真空紫外(UV254+185 nm)光催化中的降解效率,考察了副产物O3的去除率,采用X射线光电子能谱(XPS)法分析Pt-TiO2在不同光催化前后Pt的电子态和累积有机产物,研究纳米Pt对甲醛降解和O3去除的强化机理.连续光催化降解实验表明,以纳米Pt改性TiO2可以同时增强甲醛和O3的去除率,特别是O3的去除率可提高3.1–3.4倍.对催化剂C 1s和O 1s峰分别经分峰拟合处理后,发现Pt-TiO2上累积的含羰基和羟基的有机物含量按以下顺序减少:UV254 nm光催化O3强化UV254 nm光催化真空紫外光催化,而在连续35 h光催化降解过程中,催化剂的失活现象却按相反的方向变得越来越不明显.负载的金属Pt在O3+UV254 nm和UV254+185nm光催化过程中被氧化成PtOads和Pt4+物种,而在UV254 nm光催化过程中金属Pt未被氧化,所以推测是气相中的O3和羟基自由基参与金属Pt的氧化过程.Pt-TiO2表面高价态的Pt氧化物种可作为光生电子捕获中心,强化光生载流子的分离过程,增强Pt-TiO2的光催化活性.Pt氧化物种可作为O3分解的活化中心,使Pt-TiO2对O3的分解效率远高于纯TiO2.以XPS对比研究在三种不同光催化环境中Pt-TiO2表面性质,可以解释在UV254+185 nm光催化过程中纳米Pt对甲醛和O3同时去除的强化机理,并说明了催化剂不失活的内在原因.     

流动态甲醇气相光催化降解的机制研究

在253.7 nm紫外光作用下, 研究纳米TiO₂光催化氧化流动态甲醇的机制, 结果表明, 甲醇的光催化降解不受水汽的影响, 只受氧气含量的影响. 在不含氧气的情况下, 即使有足量的水汽, 甲醇都不会有明显的降解. TiO₂受光诱导生成空穴-电子对后, 空穴直接氧化甲醇, 生成的甲醇正离子在氧气作用下进一步被氧化, 形成各种氧化产物. 甲醇氧化过程是多通道反应, 宏观表现为准一级反应. 空气和氧气条件下甲醇的总降解速率常数分别为9.78×10^－3和1.79×10^－2 s^－1.     

污染物甲醛为电子给体Pt/TiO2光催化制氢

研究了甲醛为电子给体在Pt/TiO2上光催化生成氢的反应。甲醛经光催化降解产生CO2和甲酸，甲酸可进一步被氧化；甲醛的光催化降解与放氢同时发生，催化剂的最佳Pt负载量为0．5％，甲醛浓度对反应的影响，表观上符合Langmuir-Hinshelwood关系式；碱性条件有利于该反应；在甲醛浓度较低时，甲醇的存在能部分地提高放氢速率，并讨论了可能的反应机理。     

TiO2光催化降解苯和甲苯的动力学研究

利用溶胶-凝胶法制备了粒径约为13nm、晶型为锐钛矿相和金红石相混晶的TiO2光催化剂,并利用此催化剂对挥发性有机污染物苯和甲苯进行了光催化降解研究,对不同的催化剂用量、光源、污染物的初始浓度以及氧气对光催化反应速率的影响进行了研究。结果表明,光催化降解甲苯和苯的反应均符合假一级动力学方程,光强与光催化降解甲苯的反应的速率常数之间呈指数关系,光波长对光催化降解苯的影响也很显著;随着甲苯和苯初始浓度的增加,光催化反应速率常数降低;氧气加快了光催化降解甲苯和苯的速率;对于光催化降解初始浓度为37.6μmol/L的甲苯而言,催化剂的最佳使用量为0.30g,对于光催化降解初始浓度为9.0μmol/L的苯来说,催化剂的最佳用量为0.10g。     

苯甲醛在光催化反应中氧化还原选择性的理论研究

采用密度泛函理论方法在M06-2X/6-311G^*水平上模拟了不同反应条件下, TiO₂对苯甲醛的光催化还原和氧化的反应. 计算结果表明, 苯甲醛的光催化还原和氧化反应均可在常温下发生; 在缺氧但有乙醇存在的条件下, 乙醇分子可与氧化性物质发生反应, 生成醇自由基, 苯甲醛主要发生光催化还原反应生成苯甲醇; 在有氧气但无乙醇存在条件下, 还原性的光生电子被氧气捕获, 避免了苯甲醛被还原, 主要发生光催化氧化反应生成苯甲酸.