浅析纳米二氧化钛光催化降解效率的影响因素

本文以罗丹明B(RhB)为目标降解物，研究了锐钛矿型纳米二氧化钛(TiO₂)的光催化降解效率的影响规律。通过比较不同分散剂对纳米TiO₂分散液的分散作用的差别，研究了分散剂对纳米TiO₂的光催化降解效率的影响；同时，也探讨了固含量和溶液pH值等因素对纳米TiO₂光降解效率的作用规律。结果表明：二氧化钛(TiO₂)固含量为5 wt%、六偏磷酸钠为0.8%、pH值为5时，目标降解物罗丹明B(初始浓度2.5ppm)在3h后降解效率达到80.25%。将制备的光催化分散液喷涂在大理石瓷砖表面，48 h内降解甲醛效率达到86.9%。     

纳米TiO2/沸石复合材料光催化降解苯酚的性能

苯酚是一种较难处理的有毒有机污染物。本文以TiOSO₄为钛源,尿素为沉淀剂,沸石为载体,采用均匀沉淀法制备了纳米TiO₂/沸石复合材料,并以苯酚作为降解对象,研究了不同TiO₂负载量、煅烧温度以及重复使用对纳米TiO₂/沸石复合材料的光催化降解苯酚性能的影响。结果表明:TiO₂负载量为30%、煅烧晶化温度为650℃时,经300W高压汞灯照射3.5h,纳米TiO₂/沸石复合材料对20mg/L苯酚溶液的光催化降解率达到91.6%;重复使用5次仍对苯酚溶液具有85%的光催化降解率。     

色氨酸辅助合成光催化活性增强的球形纳米TiO2

以L-色氨酸（L-Trp）为生物模板,采用简单水解及煅烧后制备了球形结构TiO₂纳米光催化剂。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、红外光谱、紫外-可见漫反射光谱、光致发光光谱和N₂吸附-解吸等方法对制得的TiO₂纳米材料进行表征。在催化剂合成过程中,L-Trp作为生物模板发挥至关重要的作用,能够指导球形结构纳米TiO₂的形成。考察了不同煅烧温度下制备的TiO₂样品光催化活性,结果表明550℃时制备的TiO₂样品具有优异的光催化活性,紫外光照射30min对甲基橙溶液的降解率达到95%左右,主要是由于较大比表面积和球形结构的协同效应。光催化剂稳定性实验表明,所制备的TiO₂纳米材料可作为一种实用有效的光催化剂用于紫外光照射下降解有机染料。同时,对L-Trp辅助下球形结构TiO₂纳米颗粒的可能生长机理进行讨论。     

新型TiO2基光催化剂改性降解VOCs的研究进展

实现有机污染物(VOCs)高效清洁降解是生态环保领域亟待解决的问题。光催化技术成为解决VOCs的有效方法之一,TiO₂半导体光催化剂作为最成熟的一种光催化剂,具有催化效率高、绿色、成本低的特点,但由于TiO₂光量子效率低,电子—空穴对易复合,无法产生可见光响应等缺陷,使得TiO₂光化材料无法广泛高效的应用。文章综述了改性TiO₂基光催化材料降解VOCs的研究进展,介绍了TiO₂光催化降解VOCs的作用机理,梳理归纳并总结了近些年TiO₂光催化降解VOCs的改性研究,并对未来开发新型TiO₂基光催化材料降解VOCs提出展望。     

阵列型TiO2纳米管光催化降解VOCs性能

通过二次阳极氧化电化学方法制备纳米孔/纳米管复合结构的阵列型TiO₂纳米管（2-step TiO₂ NTs）,实验证明这种结构的TiO₂ NTs对大气中的挥发性有机化合物（volatile organic compounds,VOCs）有着十分优异的降解效果。本文通过气态甲醇的光催化降解来评估比较一次氧化生成的TiO₂纳米管（1-step TiO₂ NTs）和2-step TiO₂ NTs的催化效果。实验结果表明,二次阳极氧化电化学方法所生成的TiO₂ NTs的纳米结构对光致电荷的产生有着十分重要的推动作用。之所以2-step TiO₂ NTs的纳米孔/纳米管复合结构能够显著提高VOCs的降解效率,是由于这种特殊的结构能够更加有利于电子的传递,同时能够有效地抑制光生电子和空穴的复合。最后,通过实验数据阐述了2-step TiO₂ NTs光催化活性的增强机理,这种新结构显示出更小的带隙、更高效的光生电子/空穴分离效率和VOCs降解性能。     

TiO2光催化技术降解印染废水的研究进展

由于TiO₂光催化技术具有无毒、稳定性好、材料易得和氧化能力强的特性,在印染废水前处理及深度处理工艺中具有较好的应用前景。文章阐述了TiO₂光催化降解有机污染物的机理,对近年来国内外不同Ti O₂改性方法进行了综述,分析了TiO₂光催化技术在处理印染废水时的效果,并对未来Ti O₂光催化技术在降解印染废水中的应用进行了展望。     

多层纳米结构蓝色TiO2的电化学氧化性能和稳定性

蓝色TiO₂具有出色的电催化活性,被认为是降解有机污染物的最有潜力的阳极材料之一。然而蓝色TiO₂的电催化活性受表面形貌和界面性质的影响较大。本文采用冰水浴阳极氧化和阴极还原制备了由纳米颗粒、多孔层、纳米管阵列依次堆叠的多层纳米结构蓝色TiO₂,并探究了其电化学氧化性能。与无冰水浴辅助制备的相比,该方法制备的蓝色TiO₂具有更多的Ti³⁺含量、更大的活性面积和良好的电子传输能力,可有效降解亚甲基蓝（97.7%,120min,20mA/cm²）和实际废水（COD在180min内被完全去除）。自由基淬灭实验结果表明,添加Na₂SO₄能促进蓝色TiO₂产生羟基自由基和硫酸根自由基,而污染物的降解主要依赖于羟基自由基的氧化作用,硫酸根自由基仅在高Na₂SO₄浓度、低电流密度和高初始pH条件下有较大贡献。通过冰水浴阳极氧化制备的蓝色TiO₂的使用寿命是无冰水浴制备的2.4倍,表明这种多层纳米结构有利于提高蓝色TiO₂的稳定性。     

纳米二氧化钛/石墨烯改性水性聚氨酯抗菌涂料的制备与评价

通过简单高效的方法制备纳米二氧化钛 /还原氧化石墨烯（ TiO₂/rGO）复合材料,对复合材料进行红外光谱（ FT-IR）、扫描电镜（ SEM）以及 X射线衍射（XRD）表征,结果表明：成功制备了氧化石墨烯、锐钛型纳米 TiO₂,并将纳米 TiO₂均匀负载于氧化石墨烯片层,经水热还原得到 TiO₂/rGO复合材料。将制备的 TiO₂/rGO复合材料添加到水性聚氨酯涂料中,制备涂膜并测定其光催化降解能力,结果表明：纳米 TiO₂/rGO填料复合的聚氨酯涂膜具有较高的光催化能力。依据 HG/T 3950—2007标准测定涂膜抗菌性能,结果表明：水性聚氨酯涂料的抗菌能力达到国家 Ⅰ级标准,可以有效替代有机抗菌剂。该环保复合涂料在物理性质和应用性能上均符合化工行业标准要求。     

半纤维素/TiO2复合凝胶的光催化降解性能

以半纤维素和TiO₂纳米粒子为原料制得半纤维素/TiO₂复合凝胶。分别用红外光谱分析和扫描电镜对复合水凝胶进行了表征,分析表明半纤维素上成功接枝聚丙烯酸,凝胶呈现多孔结构,且随着TiO₂含量的增加凝胶孔径减小。考察了半纤维素/TiO₂复合凝胶的溶胀性能以及对亚甲基蓝的光催化降解性能,研究表明半纤维素/TiO₂复合凝胶的溶胀率随着TiO₂粒子含量的增加而减小,随着pH的增大先增大后减小;对亚甲基蓝染料的降解率随着TiO₂含量的增加先增大后减小,随着pH的增大先增大后减小,随着亚甲基蓝初始浓度的增大而增大。     

冬瓜基含TiO2炭气凝胶的制备、表征及其光催化性能

以冬瓜和钛酸四丁酯为原料,采用水热法和冷冻干燥法成功制备出含TiO₂炭气凝胶（WTCA）,研究了其对罗丹明B废水的光催化降解性能,并考察了水中常见无机盐离子对其光催化效果的影响。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱仪（Raman）和荧光光谱仪（FL）等对样品结构和性能进行了表征。XRD、Raman和EDS分析表明复合气凝胶中含有锐钛矿TiO₂和碳元素;SEM和TEM分析表明TiO₂纳米颗粒均匀地负载在具有多级孔洞结构的炭气凝胶的骨架表面;含TiO₂炭气凝胶的光催化活性明显高于纯TiO₂,当负载量达30%时,其对罗丹明B的光催化降解效率最高（降解率达96.11%）。此外,无机盐阴离子对复合气凝胶的光催化效果有一定的抑制作用（CO₃^2- > SO₄^2- > Cl^- > NO₃^-）,而无机盐阳离子Na⁺、K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺的抑制作用不明显。     

钒掺杂二氧化钛光催化活性研究

二氧化钛凭借优异的光催化性能,越来越受到人们的广泛关注和重视。以钛酸四丁酯为原料,利用水解-水热-干燥/煅烧工艺制备得到未掺杂TiO₂光催化剂和掺钒TiO₂光催化剂,利用其对甲基橙溶液的降解率做了比较分析。结果表明,以钛酸四丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备钒掺杂TiO₂光催化剂是可行的。制备V/TiO₂产品的最佳工艺条件：钒钛质量比为6∶100、水热温度为160 ℃、水热时间为12 h,120 ℃下干燥14 h。紫外光照射条件下,甲基橙光催化降解效率达到99.10%,降解时间小于45 min。     

破乳法合成N掺杂TiO2/粉煤灰及其可见光催化性能研究

粉煤灰表面负载TiO2制备光催化材料是粉煤灰高附加值资源化应用的一种新途径,通过破乳的方法在粉煤灰表面负载TiO2是一种新的尝试.以十二烷基苯磺酸钠改性的粉煤灰为载体,纳米TiO2胶体为钛源,NaOH为破乳剂,尿素为氮源,在反应釜中通过破乳的方法成功合成了N掺杂的TiO2/粉煤灰复合材料.通过扫描电子显微镜(SEM)、...     

Degradation of neonicotinoid insecticides by different advanced oxidation processes and studying the effect of ozone on TiO2 photocatalysis

Although some studies concerning the effect of pH and ozone dosage on TiO₂ photocatalysis (O₂/TiO₂/UV) have already been published, no complete investigation and explanation of the effects of both parameters on photocatalytic ozonation (O₃/TiO₂/UV) have been carried out. Aqueous solutions of neonicotinoid insecticides (thiacloprid and imidacloprid) were chosen as a degradation medium, since they exhibit a high threat for aquatic systems and it is of great importance to find an effective method for their elimination from the environment. In preliminary stability tests, thiacloprid showed higher photo- and chemical stability compared to imidacloprid, therefore its degradation was studied in detail. To assess the suitability of various treatments for degradation and mineralization of thiacloprid in water at different pH values and ozone dosages, we applied ozonation (O₃) and three different photochemical advanced oxidation processes, namely ozonation, coupled with UV radiation (O₃/UV), O₃/TiO₂/UV and O₂/TiO₂/UV. Light source emitting mainly in UVA range was applied in all three processes. The photocatalytic ozonation (O₃/TiO₂/UV) was found to be the most efficient process irrespective of pH. The synergistic effect of ozone and TiO₂ photocatalysis was noticed at acidic and neutral pH, but the synergism was lost at basic pH, probably due to faster self-decompositon of ozone under alkaline conditions. At acidic pH, also the oxidation of chloride anions to chlorate(V) was noticed in O₃/TiO₂/UV and in O₃/UV processes. By plotting the disappearance rate constants of thiacloprid degradation in O₃/TiO₂/UV and O₃/UV systems as a function of the flow rate of ozone, the synergistic effect of ozone was undoubtedly proven. The slope of the linear fit in case of O₃/TiO₂/UV process was considerably steeper than in case of O₃/UV, which would not happen in absence of synergistic effect. The linearity in O₃/TiO₂/UV system was lost only at very high flow rates of ozone.     

硫化镉-二氧化钛/分子筛复合光催化材料制备及性能研究

将水热法制备的二氧化钛负载在分子筛上,再与硫化镉复合,制备了硫化镉-二氧化钛/分子筛复合材料。对复合材料的相组成、微观结构、形貌和光谱性质进行了表征。在可见光照射下,以光催化降解亚甲基蓝为探针反应,研究了复合材料的光催化活性。结果表明：与纯二氧化钛相比,二氧化钛/分子筛具有更快的吸附降解效率;与二氧化钛/分子筛、硫化镉/分子筛相比,硫化镉-二氧化钛/分子筛复合材料的光催化性能最为优越。硫化镉-二氧化钛/分子筛优化制备条件：硫化镉溶液质量浓度为2.0 g/L、反应温度为80 ℃,反应时间为4 h。     

微米级TiO2/AC催化剂在光催化-膜分离耦合反应装置中降解酸性红B废水

采用X射线衍射分析、扫描电镜分析和傅里叶红外光谱分析对溶胶-凝胶法制得的负载型微米级TiO₂/活性炭（AC）催化剂性能进行了表征,并对其在光催化-膜分离耦合反应装置中光催化降解酸性红B废水时的性能和膜通量的影响进行了研究。结果表明：在最佳煅烧温度400℃时负载的TiO₂以锐钛矿为主,与载体活性炭之间以Ti-O-C键结合,且分布较为均匀;微米级TiO₂/AC催化剂的光催化降解性能随其煅烧温度的升高和粒径的减小而均呈现为先增加、后降低的趋势,TiO₂/AC对膜通量的影响则随煅烧温度的升高和粒径的减小而呈先降低、后增加的趋势,且TiO₂/AC粒径以10.272μm为宜。椰壳活性炭为载体的TiO₂/AC催化剂的光催的化降解性能高于褐煤活性炭为载体的,且前者对膜通量的影响更小。微米级TiO₂/AC催化剂的光催化降解性能高于商业TiO₂的,且对膜通量的影响比商业TiO₂的低。     

Structure and photocatalytic performance of TiO2/clay nanocomposites for the degradation of dimethachlor

In the present study TiO₂/clay composites were synthesized by dispersion of TiO₂ on the surfaces of a natural montmorillonite and a synthetic hectorite in order to increase the sorption ability of TiO₂ and therefore its photocatalytic action. Six materials with different loading in TiO₂ (15, 30 and 55 wt%) were prepared and characterized by several analytical techniques including XRD, BET and SEM analysis. The synthetic procedure allows the development of delaminated layers for hectorite–TiO₂ samples, while in the case of montmorillonite–TiO₂ composites we have the formation of a more lamellar-like aggregation. It was found that, the greater the percentage of TiO₂, the greater the pore volume and the specific surface area of the montmorillonite–TiO₂ samples. On the contrary, in the case of hectorite–TiO₂ samples, as the content of TiO₂ increases, the surface area and pore volume decreases. The photocatalytic efficiency of the nanocomposite catalysts was evaluated using a chloroacetanilide herbicide (dimethachlor) in water as model compound. The primary degradation of dimethachlor followed pseudo-first-order kinetics according to the Langmuir–Hinshelwood model. All supported catalysts exhibit good photodegradation efficiency and their overall removal efficiency per mass of TiO₂ was better than that of bare TiO₂ produced by the sol–gel method. In conclusion, together with their good sedimentation ability the composite materials could be considered as a promising alternative for the removal of organic water contaminants.     

稀土元素Ce掺杂TiO_2光催化剂制备及微波强化光催化活性

在[Bmim]PF6离子液体介质中微波辅助制备稀土元素Ce掺杂改性的TiO_2光催化剂TiO_2-Ce,以甲基橙溶液和苯酚溶液为模拟污染物,在紫外光照和微波辐射-紫外光照降解条件下考察TiO_2-Ce催化剂的光催化活性。利用荧光技术以对苯二甲酸作为荧光探针检测TiO_2-Ce催化剂表面产生的羟基自由基,并对光催化降解反应进行动力学分析,以了解光催化降解反应机理。结果表明,通过优化反应条件制得的TiO_2-Ce催化剂具有较高光催化降解活性和热稳定性,在紫外光照和微波辐射-紫外光照条件下降解60 min后,甲基橙降解率分别为98.6%和99.3%,苯酚降解率分别为96.6%和97.2%。荧光光谱分析表明,TiO_2-Ce在微波辐射-紫外光照条件下产生的羟基自由基比紫外光照多,因而微波辐射-紫外光照具有强化TiO_2-Ce降解模拟污染物作用的效果。反应动力学数据表明,TiO_2-Ce光催化降解甲基橙溶液反应呈一级反应动力学规律,其表观速率常数k最大值为0.056 2 min-1。     

TiO2、ZnO和TiO2/ZnO三种氧化物粉体材料的抗菌性能对比

氧化物具有化学性质稳定、原材料丰富易得的优点,其作为抗菌材料日益受到关注。对氧化物的抗菌性能及影响因素开展深入研究,能够为新型抗菌材料的开发提供科学依据。通过溶胶-凝胶法制备出了TiO₂/ZnO复合粉体,并将其与TiO₂、ZnO进行对比,分别对它们的晶相结构、微观形貌和粒径进行了表征。利用大肠杆菌ATCC25922作为受试菌株,通过抑菌环试验和菌液接触试验对3种氧化物粉体材料的抗菌性能进行测试。考察了钛锌比、光照等条件对抗菌效果的影响。结果表明,所使用的TiO₂主要由锐钛矿相和金红石相组成,ZnO主要为六方纤锌矿相,制备出的TiO₂/ZnO则主要是锐钛矿型TiO₂在六方纤锌矿型ZnO的孔隙间沉积而成,这3种粉体材料的粒径由大到小分别为TiO₂/ZnO、TiO₂和ZnO。从抑菌环和菌液接触试验的结果可以看出,ZnO粉体材料的抗菌效果明显优于TiO₂粉体材料,ZnO和TiO₂/ZnO在黑暗条件下仍有良好的抗菌性能,但在可见光照射条件下抗菌效果更佳。ZnO含量是TiO₂/ZnO复合材料抗菌性能的关键因素。制备TiO₂/ZnO粉体材料时的煅烧温度对其抗菌性能没有明显影响。     

光催化膜对水中腐植酸的去除及积垢机理

利用湿式相转化方法制备TiO₂/聚苯砜（polyphenylsulfone,PPSU）/聚醚亚硫胺（polyetherimide,PEI）催化膜应用于水中腐植酸（humic acid,HAs）的去除及积垢机理研究。结果表明,随着亲水性PEI比例增加,光催化膜的纯水通量和HAs的过滤通量越大,去除效率越低;且随着光照时间的延长去除效率越趋于稳定,且有回复的现象。在0.2MPa操作压力下,制备的TiO₂/PPSU/PEI （1%/50%/50%）膜具有最佳的可逆阻抗力比例（R_c/R_t=48.24%）;其渗透通量、HAs去除效率及反洗后通量分别为34.0L/（m²·h）、63.2%及22.5L/（m²·h）,具有较佳的通量及HAs去除效率。