α-Fe2O3-ZnO/煤矸石复合光催化剂的制备及其降解五氯酚性能的研究

以氯化铁(FeCl_3)、氯化锌(ZnCl_2)、煤矸石和氢氧化钠(NaOH)为原料,采用沸腾回流法制得了一系列纳米三氧化二铁(α-Fe_2O_3)和氧化锌(ZnO)不同摩尔配合比的纳米三氧化二铁-氧化锌/煤矸石复合光催化剂(α-Fe_2O_3-ZnO/煤矸石复合光催化剂),并对产物进行了表征。以五氯酚(PCP)为目标降解物,考察了模拟太阳光照条件下样品的光催化降解效果。结果表明,将球形α-Fe_2O_3-ZnO复合物负载于改性煤矸石表面可有效提高其光催化活性,且α-Fe_2O_3-ZnO/煤矸石复合光催化剂的性能与α-Fe_2O_3和ZnO的摩尔配合比有关,在α-Fe_2O_3与ZnO的摩尔配合比为1∶5,光照4h条件下,α-Fe_2O_3-ZnO/煤矸石复合光催化剂对PCP的降解率达到100%,具有最佳的光催化降解效果,此外还具有可重复使用的特点。     

α-Fe2O3/W18O49纳米复合光催化剂的制备及其光催化固氮性能研究

采用水热法合成α-Fe_2O_3/W_(18)O_(49)复合光催化剂,将α-Fe_2O_3颗粒修饰在W_(18)O_(49)颗粒表面。通过XRD、SEM、FTIR、XPS和UV-vis等表征手段分别研究了样品的物相、结构、形貌、组成和吸光特性等。并利用光催化固氮装置考察了模拟太阳光照射下,不同复合比例下样品的光催化固氮的性能。结果表明,复合后催化剂较原始催化剂具有更窄的禁带、更高的可见光响应强度;2%α-Fe_2O_3/W_(18)O_(49)纳米复合材料光催化固氮性能最佳,在3 h内的光催化反应的固氮量达到了1861.43μg·g~(-1)_(cat),为单一W_(18)O_(49)催化剂的固氮量的～1.97倍。最后,讨论了有关2%α-Fe_2O_3/W_(18)O_(49)异质结光催化固氮的可能机制。     

α-Fe_2O_3氧化铁纳米颗粒的合成、表征及光催化性能研究

采用溶剂热法,以硝酸铁为铁源,十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂,合成了α-Fe_2O_3纳米颗粒。采用X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)对样品进行了分析。把α-Fe_2O_3纳米颗粒用于光催化降解有机染料罗丹明B,并和商业Fe_2O_3粉体比较,结果发现,α-Fe_2O_3光催化活性明显高于商品Fe_2O_3粉体。     

棒状α-Fe_2O_3/ZnO复合物的制备及其光催化性能

以硝酸锌(Zn(NO_3)_2)、硝酸铁(Fe(NO_3)_3)和氢氧化钠(NaOH)为原料,采用液相沸腾回流法制得了不同长径比的棒状α-Fe_2O_3异质复合ZnO光催化剂。用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)及紫外-可见漫反射光谱(UV-visDRS)等多种手段对产物进行表征。以"三致"污染物五氯酚为降解对象,考察了紫外-可见光照下样品的光催化效果。结果表明,棒状α-Fe_2O_3/ZnO复合光催化剂的性能与其α-Fe_2O_3的含量密切相关。当α-Fe_2O_3与ZnO的物质的量比为1∶5时,样品光催化活性最高,4h内即可将五氯酚降解完全。     

多孔花状α-Fe2O3的制备、表征及光催化性能研究

在氮气(N_2)保护下,采用常压溶剂热法制备出花状前驱体铁醇盐,之后在空气中500℃热处理得到α-三氧化二铁(α-Fe_2O_3)微球。并对α-Fe_2O_3进行表征和分析,研究了其对甲基橙的光催化降解性能。结果表明:制得的α-Fe_2O_3微球具有较大的比表面积,为66.92m~2/g,还具有弱铁磁性特征,饱和磁化强度为2.11emu/g,剩磁为0.55emu/g,矫顽力为210.91Oe,有利于使用磁铁吸附分离。在甲基橙溶液为10mg/L,多孔花状α-Fe_2O_3微球的浓度为0.5g/L,紫外灯照射3h条件下,多孔花状α-Fe_2O_3微球对甲基橙的降解率最高达到60.05%。采用磁铁分离并经过6次重复使用后,对甲基橙的降解率为50.85%,具有较好的降解性能。     

CoFe_2O_4磁性光催化材料的制备及其对四环素废水的降解

通过水热法成功制备了CoFe_2O_4磁性光催化材料,并将合成的CoFe_2O_4磁性材料应用于可见光照射下降解四环素(TC)模拟废水,考察了CoFe_2O_4磁性材料的光催化性能,同时考察了CoFe_2O_4制备过程中不同制备条件对其光催化活性的影响。通过捕获实验考察CoFe_2O_4光催化降解四环素的主要活性自由基;经过3次循环实验发现,采用水热法合成的CoFe_2O_4磁性光催化材料具有较好的稳定性,对四环素模拟废水的降解率达到65.78%。     

静电溶液喷射Fe2O3/Al2O3超细纤维负载型光催化剂的制备及催化性能研究

利用静电溶液喷射法,结合浸渍焙烧工艺成功制备了Fe_2O_3/Al_2O_3超细纤维负载型光催化剂。采用SEM、EDS、XRD等技术对其进行表征,以酸性大红(RR 195)的光催化降解为目标反应,评价其光催化活性。结果表明,通过静电溶液喷射方法制备的氧化铝超细纤维毡柔性较好,纤维平均直径为3.78μm。光催化实验表明,当煅烧温度为500℃、铁负载量为195.5mg/g时,催化剂的性能最佳。在紫外光照及H_2O_2存在的条件下,反应120min后,该催化剂对RR 195的脱色率达到95%,3次循环反应后,120min内染料的脱色率可达70%。反应后该催化剂仍然保持良好的纤维形态,易于分离,避免了二次污染。     

稳定高效α-Fe2O3光电化学水分解——合理的材料设计和载流子动力学

氢能是非常清洁的能源。发展高效、清洁和低成本的产氢装置是利用氢能的首要关键技术问题。光电化学水分解是首选的制氢技术之一。它可实现室温下直接水分解和氢氧分离,并不完全受限于太阳光的周期性波动;其产氢装置可全部由无机材料制成,有好的化学活性和使用寿命。但是,光电化学水分解技术的效率目前还无法满足实际应用的要求,特别是还不能实现长期稳定运行,存在一定的性能衰减。在各种光电极材料中,α-Fe_2O_3是非常重要且具有潜力的稳定高效的光阳极材料,已成为近年来研究的热点。α-Fe_2O_3又称赤铁矿,储量丰富,在光电化学水分解中具有良好的稳定性、低成本和良好的太阳光谱响应等优势,已成为最具应用前景的光电极材料。然而,α-Fe_2O_3固有的一些问题诸如电荷传输差、表面复合严重、电荷转移动力学缓慢等限制了其实际应用。近年来,研究者们已发展了多种多样的策略和途径,例如掺杂、纳米化、异质结和表面处理等来解决上述问题。多种金属和非金属元素如Ti、Sn、Si、S等掺杂的α-Fe_2O_3表明,异质原子的引入会降低电子的有效质量,进而提高导电性,还会影响α-Fe_2O_3的晶体扭曲和活性位点等性质。从零维、一维、二维、三维到层级结构的α-Fe_2O_3都已经成功合成;同时,纳米化也拓展到导电基底的规则阵列图案化,α-Fe_2O_3纳米化能够促进光生空穴产生和利用,已成为α-Fe_2O_3光电化学水分解性能提升的重要途径。研发的n-n型和p-n型α-Fe_2O_3异质结如α-Fe_2O_3/ZnFe2O4、p-Si/α-Fe_2O_3等已较大地提高了其光电催化水分解性能,其中异质结很大程度上促进了α-Fe_2O_3光吸收、光生电荷分离和电极过程动力学。α-Fe_2O_3表面处理如催化剂修饰、钝化层修饰、化学/电化学刻蚀、气氛处理等,则显著改善了α-Fe_2O_3电极的电荷转移、析氧动力学,并抑制了电荷复合。本文主要从材料设计和载流子动力学这两个角度,综述了不同策略和途径对α-Fe_2O_3光电化学水分解性能的影响,分析了纳米结构以及材料复合等处理方式对α-Fe_2O_3光电极性能影响的构效关系,并进一步深入分析了光电化学水分解反应中载流子的动力学过程,建立了α-Fe_2O_3光电极性能提升和光生载流子之间清晰的物理图像。此外,本文还介绍了光电化学水分解的基本原理和物理过程。该综述可为今后合理设计制备基于α-Fe_2O_3的稳定高效光电极提供有益的理论指导与实验设计方法。     

α-Fe_2O_3微球的合成、表征及光催化性能研究

采用水热法,以聚乙烯吡咯酮(PVP)为表面活性剂,合成了α-Fe_2O_3微球,并用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其进行了表征。比较研究了合成的α-Fe_2O_3微球和商业氧化铁粉体对有机染料罗丹明B的光催化效果。结果表明,在相同的实验条件下,α-Fe_2O_3微球对有机染料罗丹明B的光催化效果明显好于商业氧化铁粉体。     

煅烧工艺对α-Fe_2O_3磁性纳米纤维形貌及性能的影响研究

结合静电纺丝和水热合成技术制备PVA/Fe_3O_4磁性纳米纤维,空气气氛中在不同煅烧温度下制备出一系列α-Fe_2O_3纳米纤维。采用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪和超导量子干涉仪对不同煅烧温度下制得的α-Fe_2O_3磁性纳米纤维进行形貌与性能表征。结果表明,PVA/Fe_3O_4复合磁性纳米纤维在600~800℃的煅烧温度区间内可获得稳定的α-Fe_2O_3磁性纳米纤维,纤维形貌从中空管状结构逐渐转变为沟槽状结构,纤维中的α-Fe_2O_3粒子具有不同的晶粒尺寸,结晶随温度升高而变好,且具有不同的磁性能。制备的α-Fe_2O_3磁性纳米纤维在水处理等方面具有潜在应用。     

TiO_2-Fe_3O_4/MIL-101(Cr)磁性复合光催化材料的制备及其光催化性能

采用原位水热法合成了TiO_2-Fe_3O_4/MIL-101(Cr)磁性复合光催化材料,利用XRD、SEM、UV-Vis DRS、BET和磁学测量系统对复合光催化材料的结构和性能进行了表征,并以亚甲基蓝(MB)为模拟污染物,研究了该复合光催化材料的可见光催化活性,并考察了光催化材料的稳定性。结果表明:巯基官能化的Fe_3O_4和TiO_2与MIL-101(Cr)结合成功,复合后的TiO_2-Fe_3O_4/MIL-101(Cr)光催化材料的可见光响应范围得到明显拓宽;当TiO_2的添加量为400mg时所制得的磁性复合光催化材料具有相对较好的光催化降解效果,经过120min光照后,对MB的去除率高达80%;该磁性复合光催化材料具有良好的稳定性和磁分离性能。     

人造金红石母液制备α-Fe2O3纳米颗粒的研究

人造金红石母液中含有大量铁离子,由于母液酸性较强,通常p H值小于1,其工业处理成本高,原子利用率低。本实验利用PEG-2000作为模板剂以人造金红石母液和NaOH为原料,采用简单的水热法合成颗粒度完整、平均粒径约为200 nm的球形α-Fe_2O_3纳米颗粒。通过X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜(SEM)对产物进行分析和表征,研究了赤铁矿纳米颗粒晶体的相关性质。XRD结果表明,合成的α-Fe_2O_3纳米颗粒结晶完整;通过SEM观察粒子的微观形貌,发现PEG-2000的加入对粒子形貌具有显著影响。人造金红石母液制备α-Fe_2O_3纳米颗粒新技术不但获得了高附加值的α-Fe_2O_3纳米颗粒,实现了对资源的有效利用,还减小了污水处理负荷,对今后进行工业化生产具有指导意义。     

液相制备α-Fe_2O_3粉末的结构及其光催化性能

运用了液相均匀沉淀法较为经济地制备纳米α-Fe_2O_3粉末。通过在合成时是否添加或者不添加硬脂酸(C8H36O2)或十二烷基苯磺酸钠(SDBS,C18H29NaO3S)等分散剂,研究了纳米α-Fe_2O_3晶粒形核和长大的特征。借助XRD和SEM表征,可以发现:不添加分散剂的条件下制备的α-Fe_2O_3粉末生成了较为粗大的晶粒,添加了SDBS的反应物则得到了均匀分布的、有着规则多面体外形、晶粒粒径约40nm的α-Fe_2O_3粉末;而添加硬脂酸(C8H36O2)分散剂则制备得到了无定型、粒径约10nm的α-Fe_2O_3粉末。光催化测试结果表明不仅尺寸效应会影响光催化能力,晶化完整性也是十分重要的影响因素。适当添加分散剂有助于抑制α-Fe_2O_3粉末成核以及结晶过程中的团聚,从而使得生成的晶粒更细小。而加入不同分散剂的条件下,其影响水平也是十分不一样的,这可能是由于分散剂中的阴离子与Fe3+发生了配位反应的结果。最后,光催化实验结果表明添加了SDBS分散剂的例子要明显好于不添加分散剂和添加了硬脂酸得到的纳米α-Fe_2O_3粉末。     

Cu/Zn/Ce/ZSM-5分子筛的碱改性及催化性能研究

采用NaOH溶液和金属离子(Cu~(2+)、Zn~(2+)、Ce~(4+))改性ZSM-5分子筛。通过SEM、XRD等表征手段,探讨NaOH溶液浓度、Cu/Zn/Ce物质的量比以及不同制备方法对ZSM-5分子筛形貌及性能的影响。以光催化辅助降解酸性大红GR模拟废水,考察改性后的ZSM-5分子筛的催化活性。结果表明,当NaOH溶液的浓度为0.2mol/L、Cu负载量为8%、Cu/Zn/Ce物质的量比为8∶4∶1、制备方法为溶胶-凝胶法时,分子筛的催化性能最佳,离子溶出量较小。     

纳米Bi_2O_3的制备及其可见光催化活性

采用共沉淀法制备纳米Bi_2O_3,并将其应用于光催化,研究不同热处理温度下制备的Bi_2O_3的光催化降解甲基橙的活性。通过扫描电子显微镜、X射线衍射、紫外-可见吸收光谱和荧光光谱表征Bi_2O_3的形貌、结构、光学及光催化活性。结果表明:Bi_2O_3的光催化活性与热处理温度有关,热处理温度为400℃时,合成的Bi_2O_3在可见光照射180 min时,对甲基橙的降解率达到86%。良好的可见光吸收和较低的光生载流子复合是获得优异光催化活性的主要原因。     

水热法制备α-FeOOH/MoS2纳米片复合物及其光催化性能

采用水热法成功制备了棒状α-FeOOH/MoS_2纳米片复合催化剂。运用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)和荧光发射光谱(PL)对复合催化剂的结构和形貌进行了表征。结果表明:成功制备了长度为500nm左右的纳米棒状α-FeOOH,其与MoS_2纳米片形成良好的复合结构。以亚甲基蓝为模拟污染物,研究复合催化剂在可见光照射下的光催化特性。结果显示,棒状α-FeOOH/MoS_2纳米片复合催化剂在120min内对亚甲基蓝的降解率为98%,其降解动力学常数是纯α-FeOOH的3倍。根据活性基捕获实验结果,提出了α-FeOOH与MoS_2纳米片形成异质结的Z型光催化机理。     

Sr_6Bi_2O_9的制备及其可见光催化性能研究

以Bi(NO_3)_3·5H_2O和Sr(NO_3)_2为原料,采用溶胶-凝胶法合成了Sr_6Bi_2O_9光催化剂。使用X射线衍射(XRD)、紫外-可见光漫反射(UV-Vis DRS)和傅里叶红外光谱(FT-IR)等对Sr_6Bi_2O_9催化剂的结构进行了表征。Sr_6Bi_2O_9样品的光催化性能是通过在可见光下(λ≥400nm)光催化降解直接耐酸大红(4BS)溶液来评估。实验结果表明,经过800℃焙烧处理的Sr_6Bi_2O_9光催化剂对模拟印染废水4BS显示出优异的降解性能,60min内对4BS的去除率高达98%。此外,研究了反应条件如有机物初始浓度、Sr_6Bi_2O_9投加量、溶液pH值对催化剂的光催化活性的影响。并进一步通过紫外-可见光谱分析结果验证了光催化剂对4BS的降解机理。     

纳米Co3O4/ZnO复合材料的制备及其光催化性能的研究

以Co(NO_3)_2为原料,CO(NH_2)_2为沉淀剂,H_2O_2为氧化剂,通过水热-煅烧制备Co_3O_4和Co_3O_4/ZnO纳米颗粒。通过XRD、FT-IR、SEM对样品的结构和形貌进行了表征。结果表明,所制备出的Co_3O_4呈现多片层组成的不规则颗粒结构,Co_3O_4/ZnO的形貌为片层堆叠的球状结构。在紫外光照条件下降解甲基橙溶液研究了Co_3O_4与Co_3O_4/ZnO复合材料的光催化性,发现Co_3O_4/ZnO复合材料比Co_3O_4颗粒具有更好的光催化性能活性,其对甲基橙的降解率在72 h可达99%。     

稀土离子La~(3+)掺杂花形状Bi_2O_3的制备及光催化活性研究

以硝酸铋和硝酸镧为原料,采用水热法制备了形貌可控的花形状Bi_2O_3和La~(3+)掺杂Bi_2O_3光催化剂,利用X射线衍射、透射电镜、能谱、N2吸附-脱附和紫外-可见近红外光谱法等方法对材料的结构和形貌进行表征。通过紫外-可见吸收光谱法研究了催化剂对罗丹明B(RhB)光催化降解效率。结果表明:样品具有可控形貌的花形状结构及较窄的孔径分布(3.624nm),当稀土离子La~(3+)掺杂到花形状Bi_2O_3后,不仅是原Bi_2O_3的花形结构没有破坏,而且光吸收范围拓展到600nm左右。利用模拟太阳光(氙灯,350W,λ420nm)光源,对RhB进行光催化降解时,产生了良好光催化活性,其光催化活性明显高于纯Bi_2O_3纳米颗粒和花形状Bi_2O_3,光照180min后,降解效率达到99.1%以上。     

MWNTs/Fe_2O_3的光催化性能及机理分析

以多壁碳纳米管(MWNTs)、氨水(NH_3·H_2O)和九水合硝酸铁[Fe(NO_3)_3·9H_2O]为原料,采用共沉淀法得到前驱体,经高温煅烧制得MWNTs/Fe_2O_3,利用XRD、TEM、UV-Vis和FT-IR等对其结构特性进行分析。以偏二甲肼废水为目标降解物评价了MWNTs/Fe_2O_3的光催化活性,并对光催化机理进行了分析。结果表明,MWNTs的引入可以改变氧化铁(Fe_2O_3)的晶型,同时使Fe_2O_3的粒径减小,并增加催化剂的吸附能力。另外,Fe—O—C化学键的形成使Fe_2O_3和MWNTs之间形成联合电子系统,有利于电子转移,电子-空穴对复合率有效降低。羟基自由基在MWNTs/Fe_2O_3光催化降解偏二甲肼过程中起主要作用。当pH值为7,MWNTs/Fe_2O_3用量为1.0g/L,光催化降解120min,对20mg/L的偏二甲肼的降解率可达98.1%,比相同条件下二氧化钛(TiO_2)的降解率高39.2%。