Fe2+/H2O2体系O2生成路径

掌握Fe²⁺/H₂O₂体系O₂的生成路径,可为避免H₂O₂无效分解,开发经济高效的Fe²⁺/H₂O₂体系利用技术指明方向。采用添加自由基捕获剂的方法,探究Fe²⁺/H₂O₂体系内各种自由基对O₂生成速率的影响,进而确定O₂的生成路径。结果表明:Fe²⁺/H₂O₂体系内不会产生大量O₂^-·,O₂^-·不是生成O₂的主要反应物质;O₂^-·被全部捕获后,体系中仍产生大量O₂^-·,但此时无O₂生成,证明生成O₂的反应由·OH和HO₂·两种自由基直接参与。分析认为反应·OH+HO₂·-H₂O+O₂是体系内O₂生成的主要路径。控制Fe²⁺/H₂O₂体系定向生成·OH,抑制HO₂·的产生,是提高Fe²⁺/H₂O₂体系中H₂O₂利用率的有效手段。     

Fe2+/H2O2体系内各种自由基在氧化NO中的作用

Fe²⁺/H₂O₂体系可分解产生多种氧化性自由基, 主要包括O₂^-·、·OH和HO₂·。本文实验研究了O₂^-·、·OH及HO₂·在Fe²⁺/H₂O₂体系氧化NO气体过程中的作用。结果表明:在本实验条件下, O₂^-·对NO气体的氧化作用不明显;·OH及HO₂·是该体系氧化NO气体的主要活性物质, 其中·OH的氧化作用更大。加快自由基的生成速率可以增强Fe²⁺/H₂O₂体系对NO气体的氧化能力, 但O₂的生成速率同时加快。只有少量·OH及HO₂·参与NO的氧化, ·OH与HO₂·之间的快速反应是Fe²⁺/H₂O₂体系氧化NO过程中H₂O₂利用率低的主要原因。     

臭氧催化氧化降解煤化工高盐废水有机物的机理

研究了臭氧催化氧化降解煤化工高盐废水有机物的机理。实验采集了国内典型煤化工企业高盐废水,明确了水中盐离子的组成及含量;制备高盐性臭氧催化剂,研究了不同活性组分对臭氧催化氧化效率的影响,确定了最佳的臭氧催化剂;对臭氧催化剂开展表征分析,明确催化剂表观形貌、元素组成及负载情况;最后采用甲酸模拟水样,研究臭氧催化氧化作用方式、臭氧衰减率变化、羟基自由基（·OH）变化、H₂O₂变化及超氧自由基（·O₂^-）变化,明确臭氧催化氧化作用机理及反应历程。结果表明：煤化工高盐废水阳离子主要为钠离子,其次是钾离子、钙离子、镁离子;阴离子主要为氯离子、硫酸根,其次是硝酸根离子;通过研究不同活性组分对臭氧催化氧化效率确定最佳催化剂为SiO₂/Al₂O₃-Fe₂O₃。对催化剂开展表征分析发现：催化剂载体为硅铝复合氧化物,铁作为活性组分均匀负载于载体上。臭氧催化氧化降解机理研究发现：臭氧催化氧化过程遵从羟基自由基作用机理,O₃通过衰减产生羟基自由基,而催化剂的加入促进了·OH生成;反应过程中产生的H₂O₂量与·?OH有关,·?OH越多,H₂O₂产生量越多,但·O₂^-的产生与·OH没关系。     

纳米TiO2的溶胶凝胶合成及其光催化降解水面石油废料

通过在溶胶凝胶法中添加尿素作为燃料，成功调控合成锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂。相结构表征和官能团信息表征确认了锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂中不含其它杂质。经谢乐公式计算，锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂的平均晶粒尺寸分别为30.28 nm和35.86 nm。扫描电镜发现，细的球形颗粒为锐钛矿相TiO₂,细长的纳米棒为金红石相TiO₂,颗粒尺寸与谢乐公式计算的结果类似。光学性质表征发现，与纯金红石相TiO₂相比，锐钛矿/金红石相TiO₂具有可见光吸收能力，表明其有可见光光催化活性。以水面原油废料为目标降解产物，将P25 TiO₂、锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂负载在漂珠上，在模拟太阳光和可见光辐照下进行光催化降解实验。结果表明，由于空穴、羟基自由基和...     

光催化辅助高浓度臭氧循环工艺降解对氯苯酚及协同机理

针对臭氧（O₃）降解对氯苯酚（4-CP）中效率有限且尾气排放高的问题,采用光催化辅助高浓度臭氧循环工艺并对TiO₂浓度、循环气量以及pH值等因素进行研究,结合对苯醌变化及猝灭剂试验分析其协同机理。循环气量为2.0 L·min^-1,TiO₂投加量为250 mg·L^-1时,O₃/TiO₂/UV体系的降解动力学系数为0.291 min^-1,是O₃体系的1.24倍;pH值在6.7~11.0区间内与降解效果呈正相关,pH值为11.0时反应10 min,O₃/TiO₂/UV协同体系中4-CP和COD降解率为98.21%和61.68%。微量TiO₂在高浓度臭氧水中激发的·OH以及·O₂^-是促使对苯醌等前期产物生成与降解的主要氧化粒子,且OH^-的加入能促进相应自由基的生成。     

H2O2强化光催化处理苯胺化工废水的应用试验

研究者在苯胺模拟废水高级氧化处理方面开展了很多研究，但针对炼化企业苯胺装置废水含盐高、色度高、COD降解难等问题尚未开展工程应用。为解决苯胺生产废水的实际问题，本研究开展了TiO₂/UV-H₂O₂氧化降解苯胺废水（1~2m³/h）的现场试验研究。考察了苯胺废水在单独TiO₂/UV、单独H₂O₂氧化及TiO₂/UV-H₂O₂协同作用下的处理效果，提出了苯胺废水的最佳处理工艺方案，并进行了成本核算。结果表明，单独TiO₂/UV和单独H₂O₂氧化对苯胺废水的脱色率和COD去除率偏低，而TiO₂/UV-H₂O₂协同作用时苯胺废水脱色率和COD去除率可达95%以上。协同氧化体系中，H₂O₂的氧化降解作用显著，H₂O₂投加量1%~2%；酸性条件利于苯胺废水的降解，特别是pH=3.8~4.2时；TiO₂/UV和H₂O₂协同作用一段时间后，停止UV而凭借残余H₂O₂可以将体系中的中间产物继续降解直至矿化成CO₂。TiO₂/UV- H₂O₂协同处理炼化企业苯胺生产废水，出水COD≤60mg/L，色度≤20倍，单位能耗约18.44kW·h/m³，明显低于文献报道值，具有显著的技术性与经济性。     

Cu/Al2O3催化剂用于H2O2分解生成羟基自由基的效率

非均相Fenton催化反应是降解废水中有机污染物的有效方法。提高H₂O₂分解生成羟基自由基（·OH）的利用率是提升废水处理效率、降低成本的关键。使用溶胶-凝胶法制备了Cu/Al₂O₃催化剂,基于·OH的生成效率,通过单因素实验发现反应温度、反应溶液pH及H₂O₂初始浓度是决定H₂O₂利用率的主要因素。通过响应面法进行实验设计,分析响应面方程,考察了H₂O₂初始浓度、溶液pH及反应温度三个因素之间的交互作用及其对反应过程的影响。以H₂O₂利用率的最大化为目标优化反应条件,当H₂O₂初始浓度、溶液pH及反应温度分别为707 mg·L^-1、5.12及59.4℃时,H₂O₂利用率可高达0.57,与实验结果相对误差仅为3.5%。所得结果对降低废水处理成本、提高降解效率具有重要的指导作用。     

Fe2O3/改性沸石催化剂的制备及其催化臭氧氧化对氯苯酚

为了提高非均相催化臭氧氧化体系处理难降解有机废水的效率，分别以十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）改性的天然沸石和Fe(NO₃)₃·9H₂O溶液作为载体和活性组分前体，采用浸渍法制备Fe₂O₃/改性天然沸石催化剂（MNZ），利用能谱仪（EDS）、扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、N₂-吸附/脱附等方法分析催化剂的结构和组成，研究其催化臭氧氧化对氯苯酚的效果和催化机制。结果表明：Fe₂O₃/MNZ催化剂保持了天然沸石的表面结构。Fe₂O₃均匀负载在沸石表面，属于典型的分子筛结构，比表面积、孔容和孔径分别为12.776m²/g、0.042cm³/g和3.932nm。在对氯苯酚初始浓度为100mg/L、臭氧浓度为2.6mg/L、温度为25℃、pH为7.0±0.2的条件下，对氯苯酚和化学需氧量（COD）去除率分别为87.26%和48.83%。天然沸石与Fe₂O₃共同促进臭氧分解生成强氧化能力的羟基自由基（·OH），提高了对氯苯酚的去除率，反应体系遵循羟基自由基作用机理。     

羟基磷灰石负载钯催化剂用于H2和O2直接合成H2O2的动力学

H₂和O₂直接合成H₂O₂过程绿色环保,反应具有原子经济性,是最有潜力的H₂O₂合成新方法之一。采用等量浸渍法,将Pd负载于羟基磷灰石（HAp）载体上,得到了高分散的Pd/HAp纳米催化剂,Pd平均粒径2.5 nm。运用幂指数模型,研究该催化剂在H₂O₂加氢及H₂和O₂直接合成反应中的动力学,计算得到H₂O₂加氢、H₂O₂和H₂O的生成反应的表观活化能及O₂、H₂表观反应级数。结果表明低温及高O₂分压有利于H₂O₂的生成,而高H₂分压则有利于H₂O的生成。     

H2O2/Fe2(MoO4)3体系中H2O2吸附分解及NO氧化行为的DFT研究

为阐明H₂O₂/Fe₂(MoO₄)₃体系脱硝过程中H₂O₂吸附分解及NO氧化行为，基于DFT方法首次计算了H₂O₂和NO分子单独及二者同时在Fe₂(MoO₄)₃表面的吸附构型，并通过考察吸附能、Mulliken电荷及氧化路径等特性揭示H₂O₂催化分解和NO氧化的微观机制。结果表明：H₂O₂在Fe₂(MoO₄)₃表面易分解为活性自由基，而NO则以分子形式吸附；H₂O₂和NO共吸附时，H₂O₂优先吸附于催化剂表面并随后分解，NO则分别被H₂O₂分解产...     

不同尺寸反应器内H2O2热分解氧化NO特性与氧化产物分析

采用实验方法研究了不同尺寸滴管炉反应器内H₂O₂热分解氧化NO特性。对比了不同H₂O₂蒸发条件对NO氧化率的影响规律。分析了气体温度、H₂O₂溶液浓度、H₂O₂：NO摩尔比、NO初始浓度及气体流量对NO氧化率的影响。检测了氧化产物并分析了产物的生成路径。结果表明：H₂O₂的快速蒸发是其热分解氧化NO的前提。减小H₂O₂液滴尺寸或液膜厚度可加速H₂O₂蒸发与分解,提高NO氧化率,扩宽NO氧化的温度范围。保证蒸发速率可削弱H₂O₂浓度对NO氧化率的影响。当H₂O₂：NO < 10时,NO氧化率随H₂O₂：NO的增加而增加;当H₂O₂：NO>10时,NO氧化率几乎不随H₂O₂：NO变化。H₂O₂热分解对于较高浓度的NO具有更高的氧化效率。H₂O₂热分解氧化NO的主要产物为NO₂。HO₂·直接将NO氧化为NO₂,·OH则先将NO转化为HONO,然后进一步氧化为NO₂。     

Pt/TiO_2催化二甲醚部分氧化重整制氢

二甲醚是一种理想的氢载体,可用于解决氢的储存和运输。以Pt/TiO_2为部分氧化催化剂,结合Ni/Al_2O_3重整催化剂,考察钛前驱体和焙烧温度对二甲醚部分氧化重整制氢反应的影响。结果表明,以Ti(C4H9O)4为原料制备的TiO_2为金红石相,Ti(SO4)2或Ti O(OH)2为原料制备的TiO_2为锐钛矿相;以Ti(C4H9O)4为原料制备的Pt/TiO_2-E催化剂催化性能略好,转化率接近100%,H2收率约90%,表明金红石相TiO_2负载的Pt催化剂略佳;以Ti(SO4)2为原料制备的Pt/TiO_2-S催化剂500℃焙烧可获得金红石相TiO_2。与Pt/Al_2O_3催化剂相比,Pt/TiO_2催化剂具有更好的催化性能,H2收率超过90%,而Pt/Al_2O_3催化剂H2收率约80%。     

Fe(II)/H2O2体系氧化NO主要活性物质及自由基无效消耗路径

H₂O₂利用率低是Fe （Ⅱ）/H₂O₂氧化体系应用的瓶颈,自由基无效消耗是H₂O₂利用率低的主要原因之一。本文以烟气中NO氧化为技术背景,实验研究了Fe （Ⅱ）/H₂O₂体系内H₂O₂及各种自由基在氧化NO中的作用及自由基无效消耗路径。结果表明：H₂O₂直接氧化NO能力很弱;虽然·OH及HO₂·均可以氧化NO,但·OH的氧化作用大于HO₂·。氧化NO同时,绝大多数·OH及HO₂·通过两者的快速复合反应而无效消耗,严重影响了H₂O₂利用率。因此,使用Fe （Ⅱ）/H₂O₂体系降解污染物过程中,应尽量避免·OH及HO₂·两种自由基同时大量存在。     

The kinetics of phenol decomposition under UV irradiation with and without H2O2 on TiO2, Fe–TiO2 and Fe–C–TiO2 photocatalysts

H₂O₂ used in the photo-Fenton reaction with iron catalyst can accelerate the oxidation of Fe²⁺ to Fe³⁺ under UV irradiation and in the dark (in the so called dark Fenton process). It was proved that conversion of phenol under UV irradiation in the presence of H₂O₂ predominantly produces highly hydrophilic products and catechol, which can accelerate the rate of phenol decomposition. However, while H₂O₂ under UV irradiation could decompose phenol to highly hydrophilic products and dihydroxybenzenes in a very short time, complete mineralization proceeded rather slowly. When H₂O₂ is used for phenol decomposition in the presence of TiO₂ and Fe–TiO₂, decrease of OH radicals formed on the surface of TiO₂ and Fe–TiO₂ has been observed and photodecomposition of phenol is slowed down. In case of phenol decomposition under UV irradiation on Fe–C–TiO₂ photocatalyst in the presence of H₂O₂, marked acceleration of the decomposition rate is observed due to the photo-Fenton reactions: Fe²⁺ is likely oxidized to Fe³⁺, which is then efficiently recycled to Fe²⁺ by the intermediate products formed during phenol decomposition, such as hydroquinone (HQ) and catechol.     

Formation of singlet molecular oxygen associated with the formation of superoxide radicals in aqueous suspensions of TiO2 photocatalysts

The production and decay of singlet molecular oxygen (¹O₂) in TiO₂ photocatalysis were investigated by monitoring its phosphorescence under various reaction conditions. First, the effects of additives such as KBr, KSCN, KI, H₂O₂, and ethanol on the amount of ¹O₂ produced by photo excitation of P25 TiO₂ were measured. The same additives were employed to investigate the effect on the amount of O₂⁻ produced. Comparison between the effects on ¹O₂ and O₂⁻ suggested that ¹O₂ is formed by the electron transfer mechanism, the reduction of molecular oxygens to O₂⁻ by photogenerated electrons and the subsequent oxidation of O₂⁻ to ¹O₂ by photogenerated holes. The formation of ¹O₂ decreased at pH < 5 and pH > 11, indicating that the intermediate O₂⁻ is stabilized at the terminal OH site of the TiO₂ surface in the pH range of 5 < pH < 11. Eighteen commercially available TiO₂ photocatalysts were compared on the formation of ¹O₂ and O₂⁻ in an aqueous suspension system. The formation of ¹O₂ was increased with decreasing size of TiO₂ particles, indicating that a large specific surface area causes a higher possibility of reduction producing O₂⁻ and then a large amount of ¹O₂ is formed. The difference in the crystal phase (rutile and anatase) did not affect the formation of ¹O₂.     

TiCl4水解法水热制备Yb-P-TiO2纳米光催化剂及共掺杂的协同机制

利用水热技术以TiCl₄水解法制备介孔锐钛矿Yb-P-TiO₂纳米片.基于XRD、TEM、BET、XPS、FTIR、DRS和PL分析,探讨Yb和P共掺杂对TiO₂表面物理化学特性及光催化活性的影响机制.在模拟太阳光照射下,样品光催化降解4-氯酚活性顺序为:TiO₂ < Yb-TiO₂ < P25 < P-TiO₂ < Yb-P-TiO₂,表明Yb-P共掺杂对提高光催化活性产生协同作用.20 mg·L^-1的4-氯酚溶液在0.8 g·L^-1的Yb-P-TiO₂悬浮液中经模拟太阳光照射120 min后,TOC去除率达87.6%,表明4-氯酚能够被有效矿化.P掺杂对抑制TiO₂由锐钛矿向金红石相的转变和改善表面结构特性起决定性作用.Yb³⁺能俘获光生e^-生成Yb²⁺,Yb²⁺又易于将e^-转移给表面吸附O₂生成·O₂^-,有效抑制载流子复合.P 3p与O 2p轨道杂化能级与氧空位能级共同作用导致带隙窄化,改善光吸收性能.Yb-P共掺杂能进一步抑制光生e^-/h⁺复合,提高量子效率;进一步增加表面羟基,有利于俘获光生h⁺生成强氧化性羟基自由基.上述因素均有利于提高光催化活性.