CoPc/TiO2催化剂的制备及其光催化还原CO2的研究

以钴酞菁(CoPc)为活性组分,TiO2为载体,采用浸渍法进行负载,制备CoPu/TiO2催化剂.用正交实验得到的最佳催化剂制备条件为CoPc负载量为TiO2的1.0%,焙烧温度600℃,浸渍时间12 h,溶剂为甲苯.将此催化剂用于CO2还原,在可见光照下,即可将CO2还原为HCOOH、CO、CH4等,其中HCOOH为主产物,产量最高可达450.64μmol/g.另外,实验中还发现了光照下产生电子转移,CoPc变为CoPc·+,而CO2在TiO2表面获得电子被还原.     

TiO2基光催化材料在光还原CO2方面的研究进展

CO_2的过度排放是导致温室效应的主要原因,同时CO_2也是潜在的碳能源。本文综述了以二氧化钛基催化材料在光催化条件下还原CO_2的研究进展。首先对TiO_2微纳米材料的制备以及还原CO_2的机理进行讨论;其次介绍了利用半导体复合、贵金属沉积、金属离子掺杂和非金属掺杂等方法来改性TiO_2以增强光催化还原性能。     

温和条件下CoPc/TiO2光催化还原CO2

采用浸渍法制备的TiO2负载钴酞菁(CoPc/TiO2)为光催化剂,在碱性水溶液中、可见光照下,CO2可被光催化还原为产物HCOOH、CO、CH4。对催化剂的制备条件进行了考察,在m(CoPc)∶m(TiO2)=1∶100、催化剂浸渍时间12 h、浸渍溶剂为甲苯、催化剂焙烧温度200℃的条件下,还原总产物量最高可达1 075.38μmol/g-cat,其中甲酸为主产物,最高可达708.54μmol/g-cat。对催化剂进行了XRD、DRS表征,证实了CoPc在TiO2表面的负载。结果表明:用该催化剂在可见光照及常温常压下,于水溶液中就可将CO2还原。其次,实验还发现光照下可产生电子转移,实现了电荷的重新分配,以降低电子-空穴的重新结合;TiO2表面应有一定的空隙率,有利于CO2在其表面获得电子被还原。     

光催化还原CO_2的研究进展

CO_2资源化不但可以解决温室效应引起的环境问题同时又可以解决日益严峻的能源枯竭问题,利用光催化转化技术是固定CO_2的理想途径之一,促进光催化固定二氧化碳技术的核心课题是研发高效新型可见光响应的光催化材料。然而,传统的半导体光催化剂在还原CO_2的反应中可见光利用率低且催化活性也比较低。金属有机骨架材料的不断发展为我们研发具有高催化活性的光催化剂带来了希望。本文重点阐述了不同光催化材料对还原CO_2的研究现状及存在的问题,并对其发展趋势作了展望。     

CoPc/TiO_2催化剂的制备及其光催化还原CO_2的研究

以钴酞菁(CoPc)为活性组分,TiO2为载体,采用浸渍法进行负载,制备CoPc/TiO2催化剂。用正交实验得到的最佳催化剂制备条件为:CoPc负载量为TiO2的1.0%,焙烧温度600℃,浸渍时间12 h,溶剂为甲苯。将此催化剂用于CO2还原,在可见光照下,即可将CO2还原为HCOOH、CO、CH4等,其中HCOOH为主产物,产量最高可达450.64μmol/g。另外,实验中还发现了光照下产生电子转移,CoPc变为CoPc.+,而CO2在TiO2表面获得电子被还原。     

新型光催化还原CO2材料的研究进展

研究表明,光催化还原CO2生成CO,HCOOH,CH4等多种有机化合物能同时解决能源危机和环境污染等问题。因此,高效光催化剂的设计与合成对于光催化还原CO2至关重要。在光催化还原CO2制备燃料取得的研究成果基础上,对主催化剂结构设计、助催化剂开发和催化剂体系构建等方面进行了概述,并对光催化还原CO2材料未来的研究方向进行了展望。     

CuO-SiO2气凝胶@TiO2纳米纤维无牺牲剂光催化还原CO2

采用溶胶-凝胶法制备CuO-SiO2复合气凝胶,通过在气凝胶孔道内填充TiCl4,然后将其气相水解,得到了在CuO-SiO2气凝胶表面生长了高结晶度的TiO2纳米纤维(CuO-SiO2@TiO2),纤维直径～16 nm.通过XPS、UPS、UV-Vis DRS、荧光光谱(PL)等表征了材料的结构及光电性能.结果表明,制备的CuO-SiO2@TiO2对可见光有明显吸收,且荧光强度较商用TiO2(P25)大幅降低,光生电子-空穴对更加稳定.再在纳米纤维上负载CuO,所得CuO-SiO2@TiO2/CuO在可见光区的荧光强度进一步增强.以300 W氙灯为光源,分别以CuO-SiO2@TiO2及CuO-SiO2@TiO2/CuO为催化剂,无牺牲剂条件下光催化还原CO2,4 h后甲醇产率分别为1304.0及1589.0μmol/g-cat,转换频率(TOF)分别为0.038及0.046 h–1.循环实验表明,纳米纤维具有较好的光催化稳定性,经过4次光催化循环实验后,CuO-SiO2@TiO2/CuO的保留率～94％,甲醇产率可达1472.0μmol/g-cat,TOF为0.042 h–1.     

原位合成CoPc/TiO_2光催化剂及其光催化还原CO_2的研究

采用原位化学合成的新方法,在TiO2凝胶基质合成过程中以邻苯二腈为原料,通过其四聚反应将钴酞菁(CoPc)在TiO2表面原位合成,得到均匀掺杂的CoPc/TiO2光催化剂。将其用于可见光下还原CO2反应,以CO2还原效率为考察指标,用正交实验对此光催化剂的制备条件进行了优化,得出催化剂的最佳制备条件是:CoPc的负载量为TiO2的3%,焙烧温度为200℃,pH=1,搅拌时间为12 h。用此CoPc/TiO2光催化剂在可见光照射下,水溶液中即可光还原CO2为甲醇、甲醛、甲酸等产物,在光照反应10 h后总产量最高可达2903.83μmol/g催化剂。另外,采用紫外可见漫反射光谱证实了CoPc在TiO2表面的成功掺杂。     

层序空间多孔结构TiO2实现高效光催化CO2还原

以葡萄糖为原料,经一步水热法生成葡萄糖基碳球(GCs),粒径约500nm,利用微乳液聚合法合成粒径约270nm的聚苯乙烯微球(PSs)。通过真空抽滤,制备了GCs和PSs层层组装的多级模板,TiCl₄完全浸润模板并经干燥和高温煅烧,获得了空间层序多级孔结构的TiO₂。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N₂吸附-脱附等手段表征了所制备催化剂的形貌、组分和孔结构。在饱和CO₂气氛下加入H₂O,利用催化剂在模拟太阳光条件进行光催化还原试验。结果表明：经过7h的光催化测试,相较于商用P25和无空间结构的TiO₂,层序空间多孔TiO₂生成还原产物CO的产率均得到明显提高。其中,空间复合多级孔TiO₂在结构失配的情况下仍表现出较高的CO产率。结合实验结果和表征证实：纳米微球层所形成的层序空间多孔TiO₂具有较高的比表面积和丰富的孔结构,有利于形成大量表面活性位点。三维网状多孔结构暴露出...     

BiVO4/rGO复合物的制备及其 光催化还原CO2研究

采用水热法制备了颗粒状单斜相钒酸铋（BiVO4）/还原氧化石墨烯（rGO）复合催化剂。采用傅里叶红外光谱、拉曼光谱、X射线衍射和紫外-可见漫反射光谱对合成的复合材料做了表征。采用透射电镜、扫描电镜和氮吸附脱附实验对复合材料的表面形貌和表面积做了分析测试。实验结果表明,BiVO4复合物能选择性将CO2还原成甲醇,石墨烯的引入能很好地改善BiVO4光催化还原CO2的性能。当石墨烯的加入量为3%（质量分数）时,在氙灯功率为600 W的条件下,光照6 h后,BiVO4/rGO复合材料光催化还原CO2生成的甲醇产量达到513.1 μmol/L,比相同形貌的纯BiVO4的甲醇产量高73.6%。     

TiO2薄膜光催化还原Hg^2＋的研究

采用溶胶法制备出TiO2、SO4^2-/TiO2、CdS/TiO2薄膜光催化剂,研究了TiO2薄膜光催化还原Hg2＋的最佳实验条件以及SO4^2-/TiO2、CdS/TiO2薄膜与TiO2薄膜、TiO2粉体与薄膜之间的光催化活性差异.结果表明：当pH=5.34时,经30 min紫外光照射,Hg^2＋的还原率达到最大;Hg^2＋初始浓度越高,光致还原量越低;光源波长越短,Hg^2＋的还原率越高;当甲醇添加量达到15%（体积比）时,反应30 min后,Hg^2＋的还原率即达100%;CdD改性薄膜的光催化活性高于未改性薄膜;CdS/TiO2薄膜的光催化活性略高于粉体.     

沸石负载TiO_2光催化降解制药废水的研究

用自制的光催化反应器,以天然斜发沸石负载TiO2为光催化剂,紫外光为光源,对制药工业废水进行光催化降解实验,研究其在不同条件下的光催化降解效果。实验结果表明,经过光催化降解反应,制药工业废水的COD去除率可达78.2%,脱色率为94.6%。     

改性活性炭负载TiO2光催化降解硝基苯

制备经铁改性的活性炭负载TiO2的光催化剂,以40 W紫外线灯为光源,对硝基苯的光降解反应进行了研究。探讨了经铁改性活性炭负载TiO2光催化剂的用量、降解的反应时间、硝基苯初始浓度、溶液pH、反应温度对反应的影响。结果表明,在紫外灯光照射下,以0.01－0.08 g该催化剂处理25 mL的10－100 mg/L硝基苯溶液,均有明显的降解效果,最佳的降解时间和pH分别为40 min和6.6。     

沸石固载TiO2光催化技术处理甲基橙工艺研究

用溶胶-凝胶法制备的沸石固载型光催化剂来降解废水中甲基橙。研究了TiO2负载量、pH值、氧化剂联用等因素对甲基橙降解的影响。结果表明：固载型催化剂对甲基橙溶液的处理效果好;处理100mg／L的甲基橙溶液,当沸石负载量为1．24％,pH=11,曝气量为25mL／s,反应温度为30℃,反应1h后降解率可达98％;以沸石颗粒为载体制备的催化剂,其光催化活性高,不流失,经过60h使用后降解率为94％,且制作工艺简单,可重复使用。     

活性炭负载TiO2的甲苯光催化降解性能研究

以竹炭活性炭颗粒为载体，采用溶胶-凝胶法制备TiO₂溶胶，以浸渍和微波辐照的方法实现催化剂的固定，高温活化制备了负载型TiO₂光催化剂。采用XRD、FSEM和FT-IR等分析方法对催化剂样品进行了表征。以甲苯为目标污染物，在紫外光照下模拟污染物的吸附与降解情况，探究了甲苯初始浓度和空气流量对光催化降解效果的影响。并通过在紫外光照下通入洁净空气、微波辐照和高温处理三种方法研究了催化剂的再生效果。结果表明，该方法制备的TiO₂为锐钛矿晶型，晶粒大小约为18 nm。甲苯的降解效率最高达到80%，其去除量先随负荷增加而上升，以后随负荷的进一步增加，甲苯的光催化去除量反而下降。微波辐照是实现催化剂再生的最为理想的方法。     

CdS/C-TiO2复合光催化剂光催化还原CO2性能研究

采用沉淀-水热法制备了CdS/C-TiO2系列复合光催化剂,通过XRD、UV-Vis、FESEM、XPS等分析手段对催化剂晶体结构、形貌及光电性能进行了表征,考察了柠檬酸(CA)/TiO2质量比R对CdS/C-TiO2复合光催化剂光催化性能的影响。实验结果表明,碳掺杂影响催化剂的晶体结构及其微观形貌,掺杂后光催化活性显著提高。在紫外光照射下进行光催化还原CO2反应,当CA/TiO2质量比R=3/1时,催化活性最高,还原产物HCOOH和HCHO总收率达到533μmol/(g.h)。     

兰炭基活性炭负载TiO2光催化剂的制备及性能研究

以兰炭为原料,采用物理化学法制备了兰炭基活性炭,以钛酸丁酯、硝酸铁为主要试剂并采用泥浆法制备了不同煅烧温度的Fe3+-TiO2/AC复合材料,并将其用于光催化降解酸性橙溶液,考察了反应时间、催化剂用量、酸性橙初始质量浓度、溶液pH及光源功率对其光催化性能的影响.结果表明:制备的兰炭基活性炭具有发达的孔隙结构和良好的吸附性能,以其为载体制备的Fe3+-TiO2/AC复合材料在光降解时间为3 h、催化剂用量为0.8 g、酸性橙初始质量浓度为40 mg?L-1、溶液pH值为9、光源功率为650 W的条件下,酸性橙溶液降解性能最好,降解率达到96.8％.该研究成果对兰炭制备活性炭应用于TiO2光降解实验的研究具有一定的指导意义.     

天然炭纤维负载二氧化钛颗粒的制备与光催化活性

以棉花制备的炭纤维为载体,钛酸丁酯为钛源,采用水热法制备炭纤维负载二氧化钛复合材料(CF/TiO2),利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等对CF/TiO2复合材料进行结构表征.用紫外-可见光吸收光谱(UV-vis)分析比较了TiO2、炭纤维和CF/TiO2,热处理温度以及溶液的pH值在紫外光照下对甲基蓝溶液的光催化降解性的影响,以及对CF/TiO2复合材料的失活性能研究.结果表明:炭纤维负载TiO2对甲基蓝光催化降解性较好,有效利用了炭纤维的吸附性与TiO2的催化活性;当热处理温度为220℃,pH =5时,甲基蓝溶液的吸附-光催化性能最大为85.9％;复合光催化剂使用后在紫外线照射后,其活性恢复,可以循环利用.