纳米TiO_2的研究与应用进展

针对近年来纳米TiO2研究的新成果,综述了纳米TiO2制备的研究进展;对影响纳米TiO2光催化降解的因素(如纳米TiO2的晶型与粒径、掺杂与改性及辅助光催化技术等)进行了讨论;对纳米TiO2在环境保护领域的主要应用进行了评述。指出纳米TiO2光催化技术尚未完全达到实际应用水平,还存在一些明显的不足,将纳米TiO2光催化技术和传统水处理技术相结合可能是一个很好的发展方向。     

纳米TiO2的研究与应用进展

针对近年来纳米TiO2研究的新成果,综述了纳米TiO2制备的研究进展;对影响纳米TiO2光催化降解的因素(如纳米TiO2的晶型与粒径、掺杂与改性及辅助光催化技术等)进行了讨论;对纳米TiO2在环境保护领域的主要应用进行了评述.指出纳米TiO2光催化技术尚未完全达到实际应用水平,还存在一些明显的不足,将纳米TiO2光催化技术和传统水处理技术相结合可能是一个很好的发展方向.     

硫、氮共掺杂TiO2纳米棒的合成及其光催化活性

以乙二胺为介质,采用溶剂热法制备S、N共掺杂TiO2纳米棒.并考察其可见光条件下光催化氧化苯酚活性.结果表明,S、N共掺杂TiO2对可见光的吸收优于N掺杂的TiO2.采用溶剂热法合成的S、N共掺杂纳米TiO2为短棒状,略有团聚,直径大约为10～15 nm,长度大约为80～120 nm.S原子在TiO2中以两种状态存在:一部分S原子以S6+的形式取代了阳离子Ti4+的位置;另一部分S原子以S2-的形式取代了TiO2中O原子的位置.N原子部分取代了O原子,进入TiO2晶格中,有效实现了N元素掺杂.在S、N共掺杂TiO2中,S元素和N元素含量存在最佳值.S含量为0.22%、N含量为1.15%时,S、N共掺杂TiO2的苯酚光催化降解性能最好,其降解率为95.2%,TOC转化率为91.0%.     

碱金属掺杂纳米TiO2的制备及其光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂K^＋或Cs^＋的纳米TiO2催化剂。以甲基橙为目标降解物,研究了K^＋或Cs^＋的掺杂量对纳米TiO2光催化活性的影响,讨论了催化剂加入量以及催化降解时间对甲基橙降解效果的影响。结果表明,适量掺杂K^＋能够提高TiO2的光催化活性,最佳掺杂量（摩尔分数）为1％;掺杂Cs^＋只会降低TiO2的光催化活性。对浓度为20mg／L的甲基橙溶液进行催化降解,催化剂K^＋-TiO2（K^＋掺杂量1％）最佳用量为2g／L,降解时间60min,甲基橙的降解率可达98％。     

溶剂热合成条件对氮掺杂TiO2形貌及性能的影响

考察了在乙二胺体系下氮掺杂TiO2的合成机理,以及溶剂热体系酸碱性、反应时间、原料等对氮掺杂TiO2形貌的影响,并考察其在可见光条件下的光催化氧化活性.结果表明.碱性条件和反应时间的延长有利于TiO2纳米棒的生长;后处理的方法无法实现P-25 TiO2形貌的转变;乙二胺溶剂热处理后P-25 TiO2的紫外-可见吸收光谱吸收边带明显红移,说明在乙二胺的碱性环境中,TiO2晶体结构被部分破坏,为氮原子的掺杂提供了条件.氮元素的掺杂量和棒状结构共同影响氮掺杂TiO2纳米棒在可见光和紫外光条件下的光催化活性.在可见光条件下,反应6 h后.氮含量为1.7%的催化剂的苯酚降解率高达97.9%,其TOC降解率为95%.     

采用掺杂金属离子的TiO2光催化剂降解甲醛的工艺研究

采用溶胶凝胶法制备不同金属离子掺杂的TiO2光催化剂,以甲醛作为目标污染物,探讨了影响TiO2光催化效果的因素;研究了催化剂用量、甲醛初始浓度、pH值等影响因素对甲醛污染物降解效果的影响。结果表明,制备的Cu2+/TiO2粉体降解甲醛的效果最佳。     

Cu-N共掺杂改性纳米TiO2光催化剂制备及甲苯降解

以尿素、硝酸铜、钛酸四丁酯等为原料,采用溶胶-凝胶法,经Cu,N原子共掺杂制备出改性纳米TiO2光催化剂。采用 X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外可见漫反射仪 、傅里叶变换红外光谱仪对其进行了分析表征。以甲苯气体为研究对象,考察了制备的TiO2光催化剂对甲苯的光催化降解性能。结果表明:共掺杂改性后的纳米TiO2光催化剂,在可见光400~550 nm处呈现出较强的吸收;当光催化反应120 min时,Cu-N-TiO2光催化剂对甲苯的催化降解转化率达到了38%,较纯纳米TiO2催化剂提高了近4倍。     

Tb掺杂对纳米TiO_2光催化活性的影响

以溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2和掺杂Tb的TiO2(Tb-TiO2),用X射线衍射、示差扫描量热、热重分析、红外光谱和荧光光谱等技术对纳米TiO2和Tb-TiO2的结构进行了表征;考察了以纳米TiO2及Tb-TiO2为催化剂光催化氧化环己烷合成环己酮和环己醇的情况。表征结果表明,掺杂Tb后明显抑制了TiO2中锐钛矿相向金红石相的转变,提高了TiO2催化剂的热稳定性,晶格发生了膨胀现象,晶格膨胀可有效降低光生载流子的复合几率,减小晶粒尺寸,提高光催化活性;光催化氧化环己烷的实验结果表明,与TiO2催化剂相比,Tb-TiO2催化剂的环己烷转化率和环己酮、环己醇的选择性大幅度提高,表明Tb-TiO2催化剂的光催化活性和光催化效率提高。     

Fe3+/TiO2-SiO2纳米复合材料的制备及对甲基橙的光催化降解

采用溶胶-凝胶法制备了Si、Fe3 掺杂的Fe3 /TiO2-SiO2纳米复合材料.以10 mg/L甲基橙溶液为目标降解物,研究了Si、Fe3 掺杂量及焙烧温度对复合材料光催化活性的影响.实验结果表明,Si掺杂量3%、Fe3 掺杂量2%,在焙烧温度700 ℃下制备的复合材料的光催化活性最高.与未掺杂的TiO2相比,光催化活性提高了约2倍.     

La_2O_3／TiO_2／SO_4~(2-)纳米光催化剂的制备和性能

采用溶胶-凝胶-浸渍法制备了La2O3／TiO2／SO42-纳米光催化剂。采用X射线衍射和BET比表面积测试法对纳米光催化剂的晶型和比表面积进行了表征。以甲基橙溶液为光催化降解反应模型化合物,考察了纳米光催化剂的催化活性。实验结果表明,La2O3的掺杂使TiO2的粒径减小,比表面积增大,La2O3的最佳掺杂量(相对于TiO2的摩尔分数)为1．00％,La2O3／ TiO2(x(La2O3)=1．00％)为纳米光催化剂时,甲基橙的脱色率达到75．8％(光照60min);SO42-的负载也使TiO2的粒径减小, 比表面积增大,浸渍液H2SO4的浓度对纳米光催化剂的催化活性有一定的影响,H2SO4的最佳浓度为0．4 mol／L,TiO2／SO42- (c(H2SO4)=0．4 mol／L)为纳米光催化剂时,甲基橙的脱色率达到83．2％(光照60 min);掺杂La2O3和负载SO42-使TiO2纳米光催化剂的催化活性显著提高,La2O3／TiO2／SO42-(x(La2O3)=1．00％,c(H2SO4)=0．4mol／L)为纳米光催化剂时,甲基橙的脱色率达到91．7％(光照60min)。     

The Effect of Surface-modified Nano-titania on the Ultraviolet Aging Properties of Bitumen

The effect of surface modification of nano-titania on ultraviolet (UV) aging properties of bitumen was investigated. The results show that γ-(2,3-epoxypropoxy) propytrimethoxysilane is bound on the surface of nano-titania according to Fourier transform infrared spectroscopy analysis. The dispersion stability of nano-titania in bitumen is improved by surface modification of nano-titania. Viscosity aging index values and carbonyl indexes of the bitumen are decreased by adding nano-titania. After surface modification, the UV aging resistance of nano-titania modified bitumen can be further improved. The result suggests that nano-titania can be effectively used as a modifier to improve the UV aging resistance of bitumen.     

Fe~(3+)掺杂纳米TiO_2催化剂光催化还原CO_2的性能

采用改良的溶胶-凝胶法制备了Fe3+掺杂纳米TiO2(简写为Fe-TiO2)催化剂,并用X射线衍射、高分辨透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、热重-差热分析等方法对其进行了表征。表征结果显示,Fe-TiO2催化剂的分散性好,平均粒径为9.37nm,比表面积为85.46m2/g;掺杂Fe3+不仅使TiO2的平均粒径减小,且有效抑制了TiO2的晶相转变,该催化剂保持单一的锐钛矿相结构。考察了Fe-TiO2催化剂光催化还原CO2的性能,实验结果表明,当Fe3+掺杂量为4.0%(相对于TiO2的质量分数)的Fe-TiO2催化剂用量1.0g/L、反应时间8h、CO2流量200mL/min、反应温度90℃、反应液中NaOH和Na2SO3的浓度均为0.10mol/L时,甲醇的产率高达308.76μmol/g(以每克催化剂上生成甲醇的物质的量计)。此外,对Fe-TiO2催化剂光催化还原CO2的机理进行了探讨。     

改性TiO_2可见光催化分解水制氢研究进展

概述了近年来利用离子掺杂、染料光敏化和半导体复合等方法对二氧化钛进行可见光化改性,以提高其可见光催化分解水制氢效率的研究进展。分析了改性后二氧化钛吸收可见光的原理,详细介绍了改性二氧化钛可见光催化分解水制氢的研究近况。众多研究表明,与染料光敏化和半导体复合等改性方法相比,离子掺杂法使二氧化钛催化剂具有更高的效率和更好的光稳定性,因此掺杂改性将成为可见光催化分解水制氢研究的主要方向。     

Ionic Conductivity of Ceria-Doped Ion Exchange Membranes on the Basis of Sulfonated Polynaphthaleneimide

Hybrid membrane materials on the basis of sulfonated polynaphthaleneimide doped with ceria have been synthesized, and their ionic conductivity has been investigated. The conditions for membrane synthesis with different dopant contents have been determined. Ceria doping leads to a decrease in the ionexchange capacity of membranes and an increase in their ion conductivity upon contact with water. After 7% ceria doping, the ionic conductivity of the initial membrane (1.9 × 10^?2 Ω^?1 cm^?1) increases up to 3.0 × 10^?2 Ω^?1 cm^?1.     

碘掺杂g-C3N4光催化剂的制备及催化性能

采用热聚合法,以尿素为前驱体,碘化氨为掺杂剂,制备出不同碘离子掺杂量的可见光催化剂石墨相氮化碳（g C3N4）。对碘掺杂g C3N4催化剂（Ix C3N4）进行X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FT IR）、X光电子能谱（XPS）、紫外 可见漫反射（UV Vis）、N2吸附、电子荧光光谱（PL）、电化学阻抗（EIS）等表征,分析了催化剂的形貌、结构、光学和电学性能。以4 硝基苯酚为目标污染物进行光催化降解实验,选取最佳碘掺杂量的I002 C3N4催化剂进行重复性实验。结果表明,碘离子的引入没有改变g C3N4的原始形貌和结构,掺杂后的样品拓宽了g C3N4对可见光的吸收范围,降低了光生电子 空穴对的复合率;掺杂最佳碘离子量的催化剂I002 C3N4在2 h内对4 硝基苯酚的降解率达到84%,重复4次实验后,降解率仍能达到80%。     

金属离子改性对纳米SO_4~(2-)/ZrO_2固体超强酸性能的影响

制备了一系列金属离子改性的SO42-/ZrO2固体超强酸(SZ)。用N2吸附比表面积测定、X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、差热分析等方法对固体超强酸进行表征。以正己烷的裂解为探针反应,考察了固体超强酸催化剂的催化活性和乙烯选择性。实验结果表明,不同金属离子改性的SZ均为纳米粒子(粒径小于40nm),但其催化剂的催化活性不同。金属离子和SO42-的共同作用使得ZrO2由四方晶形向单斜晶形转化的温度升高,晶粒粒度减小,比表面积增大,催化活性提高。催化剂催化正己烷裂解的活性由高到低的顺序为:N i/SZ>A l/SZ>Sn/SZ>SZ>Ag/SZ。     

Doping effect of vanadium dioxide on oxidative desulfurization

VO2 (M) doped with different metals (Ti, Ce, Nb, Zr, W, and Mo) was successfully synthesized by the hydrothermal reduction process using oxalic acid as the reductant. The results showed that doping metals in the VO2 (M) lattice could enhance the oxidative desulfurization (ODS) activity. The DSC and Raman spectra revealed that VO2 (M) retained its monoclinic structure after doping. Mechanism for the improvement of ODS activity by doping was investigated. Electron transfer to V (V) atom occurs upon doping, and then V (V) changes into V (IV), which can promote the ODS reaction. This explanation can be confirmed by the fact that doping can promote the proportion of V (Ⅳ) after doping as revealed by the XPS analysis.     

Different outlet for preparing nano-TiO2 catalysts for the photodegradation of Black B dye in water

Two nano-titania catalysts were prepared using two economically varying titanium precursors: titanium tetrachloride (A) and titanium isopropoxide (B). The catalysts were calcined at temperatures of 500 °C, 600 °C and 700 °C and characterized using X-ray diffraction (XRD), electron diffraction (ED), BET surface properties and high resolution transmission microscopy (HRTEM). The calcined catalysts were found to differ markedly in their physical characters and TiO₂ phases produced as well as their photocatalytic activities. The anatase titania phase diminished from 100% to 83% in TiO₂A but from 64% to zero in TiO₂B via temperature increase from 500 °C to 700 °C, due to transforming anatase to rutile. The brookite TiO₂ phase only appeared (17%) in catalyst B500. In general, the catalyst of choice is A600 by virtue of many compositional, economical and catalytic advantages.