可见光催化纸光催化剂的载覆方式及其效果研究

本课题首先制备SrTiO_3光催化剂,然后将SrTiO_3采用以下三种方式载覆于纸张中制备光催化纸:⑴直接加填抄造法制备光催化纸;⑵配制成涂料后,采用涂布法制备光催化纸;⑶将光催化剂与纸浆纤维复合制备光催化复合纤维,再与纸浆纤维混合配抄光催化纸。检测和分析光催化剂在纸张中的留着效果及光催化纸对甲醛的降解效果,比较得出最优的光催化剂载覆方式。结果表明:直接加填纸的留着率为64%,对甲醛的降解率为63.5%;涂布纸的留着率为96%,对甲醛的降解率为70.5%;光催化复合纤维纸的留着率为93%,对甲醛的降解率为73.4%。由此可见,光催化复合纤维配抄法为最佳的光催化剂载覆方式。     

壳聚糖基复合光催化剂及光催化纸的制备与性能研究

本研究将壳聚糖与光催化剂(实验室自制硅藻土基-N-掺杂TiO_2)复合制备壳聚糖基复合光催化剂,然后将其以一定比例与纸浆混合抄造光催化纸;采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等对复合光催化剂的形貌、结构及组成成分等进行了表征;利用SEM对光催化纸形态结构、催化剂分布状态等情况进行了分析,并分别对亚甲基蓝(MB)和甲醛进行了光催化降解实验。结果表明,复合光催化剂对MB和甲醛都有较好的光催化降解效果。在250 W高压汞灯照射7 h、检测波长分别为664 nm和630 nm条件下,复合光催化剂对MB的降解率达80%以上、对甲醛的降解率达49%以上;壳聚糖用量10%的复合光催化剂在纸张中的添加量20%时,光催化纸对甲醛的降解率为44%,其抗张指数从空白样的32. 4 N·m/g提升到34. 7 N·m/g,耐破指数从空白样的1. 68 kPa·m~2/g提升到2. 36 kPa·m~2/g。     

ANF/TiO2机械力化学复合对芳纶纳米复合纸抗紫外老化性能的影响

以芳纶纳米纤维（ANF）和纳米TiO₂为原料,基于机械力化学原理,采用超声共混法或球磨复合法实现ANF与纳米TiO₂复合,制备出具有优异抗紫外和强度性能的芳纶纳米复合纸（以下简称复合纸）,探究了复合方法和纳米TiO₂添加量对复合纸抗紫外老化性能与强度性能的影响。结果表明,与传统的超声共混法相比,采用球磨复合法有利于改善ANF与纳米TiO₂的界面结合。当纳米TiO₂添加量为6%时,球磨法制备的复合纸断裂应力70.13 MPa,与未添加纳米TiO₂复合纸相比,纸张断裂应力提高了12%;同时,紫外老化后,该复合纸强度保留率为81.5%,与超声共混法相比提高了15.8个百分点。随着纳米TiO₂添加量的提高,球磨复合法制备的复合纸抗紫外老化性能改善效果更加明显。     

二硫化钼/聚丙烯腈复合纳米纤维膜的制备及其光催化性能

采用水热合成法制备了无机半导体光催化剂二硫化钼(MoS_2),利用静电纺丝技术,将MoS_2粉末添加到不同质量分数的聚丙烯腈(PAN)溶液中进行共混纺丝,制备MoS_2/PAN复合纳米纤维膜,并用于罗丹明B溶液的催化降解。借助扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)等对纳米纤维膜的形貌和性能进行表征。结果表明:MoS_2/9%PAN复合纳米纤维膜中的纳米纤维形貌较好,直径较均匀,MoS_2在纳米纤维上的分布也较为均匀;使用其对30 mL的10 mg/L罗丹明B溶液进行光催化降解,光催化效果好,降解率达89.8%,重复使用3次后,降解率仅下降了2.3%,表现出良好的循环使用性。     

重组烟叶型雪茄烟纸持灰性能的研究

为了改善重组烟叶型雪茄烟纸的持灰性能,在重组烟叶型雪茄烟纸中添加具有改善重组烟叶燃烧性能和持灰性能的填料(CaCO₃、TiO₂和MgO),同时设计了以灰分颜色和阴燃速率为主要影响因素、透气度为次要影响因素的持灰能力评价标准。实验利用烟梗制取的机械浆为主要原料（加入少量木浆和麻浆）,同时添加一定量的填料(CaCO₃、TiO₂和MgO),制备了重组烟叶基片,经烟草萃取液涂布后制备重组烟叶型雪茄烟纸。通过检测雪茄烟纸的阴燃速率、透气度等指标和持灰性能发现,当TiO₂和CaCO₃的用量分别为8%和12%时,阴燃速率为129.4 s/150 mm,透气度为107.7 cm³/(min·cm²),持灰得分为88分,灰分颜色较白,持灰性能得到明显提升。     

纳米TiO2胶体絮凝-光催化氧化-砂滤深度处理造纸废水研究

研究了纳米TiO₂胶体絮凝-光催化氧化-砂滤深度处理造纸废水的效果。分析了絮凝剂的选择和用量、光催化剂用量、光催化时间和外加氧化剂等对废水COD_Cr去除效果的影响;研究证实了样品中残留微量纳米TiO₂胶体对COD_Cr测定的影响,并利用砂滤除去。实验结果表明,以用量为0.01%(相对于废水质量,下同)的纳米TiO₂胶体为絮凝剂对经序列间歇式活性污泥法（SBR）处理后的造纸废水进行处理,在光催化剂用量（质量分数）0.05%,曝气并紫外光照射2 h时,沉降后的上层液体经过砂滤,废水COD_Cr从210 mg/L降到43.0 mg/L。     

活性炭吸附结合TiO2光催化分离纯化杨木预水解液中的木糖

利用活性炭吸附和TiO₂光催化降解脱除杨木预水解液中的溶解木素,探讨了不同活性炭类型（木质基磷酸活化活性炭、食品质303活性炭、煤质活性炭）、活性炭用量、吸附时间、光催化时间、TiO₂用量对预水解液中木素、总木糖、糠醛、羟甲基糠醛（5-HMF）以及乙酸等有机组分含量的影响,优化确定了活性炭吸附和TiO₂光催化降解条件。研究结果表明,木质基磷酸活化活性炭对木素的吸附脱除效果最好,在活性炭用量为1.0%和吸附时间为10 min时,总木糖得率为93.1%,木素、糠醛、5-HMF、乙酸脱除率分别为75.1%、29.3%、22.4%、3.5%。单一TiO₂光催化处理,在TiO₂用量1.0%和光催化时间10 h条件下,总木糖得率为89.0%,木素、糠醛、5-HMF、乙酸脱除率分别为40.2%、24.2%、32.1%、3.1%。活性炭协同TiO₂光催化处理预水解液的较优工艺条件为：木质基磷酸活化活性炭用量1.0%、光催化时间6 h和TiO₂用量0.1%~0.5%,此条件下预水解液中木素的脱除率为84.4%~86.7%,总木糖得率为88.2%~89.8%,糠醛脱除率为53.8%~65.1%,5-HMF脱除率为48.6%~51.7%,乙酸含量变化不明显 。     

负载纳米TiO2织物的制备及甲醛降解

 为提高室内装饰织物对甲醛的吸附能力及过滤纺织材料对甲醛的过滤能力,采用射频磁控溅射方法,在纯棉机织物和涤纶针织物表面负载二氧化钛(TiO₂)功能纳米结构层。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别分析其表面形貌和晶态结构,对2种负载TiO₂织物光催化降解甲醛气体的性能进行了对比分析。实验表明,在相同制备工艺条件下,TiO₂功能层的结构形态有较大区别,且负载纳米TiO₂的棉织物光催化降解甲醛气体的性能优于负载纳米TiO₂的涤纶织物。     

纳米Ag@TiO2、Fe@TiO2和Zn@TiO2的抑菌活性比较研究

探索常见金属离子掺杂对抑菌片的抑菌性能的影响,为新型纳米TiO₂抑菌片的制备与改善提供技术基础。选择固定质量分数的Ag⁺、Zn²⁺和Fe³⁺掺杂TiO₂,通过抑菌圈、MIC与MBC方法综合评价其抑菌性能,对微观结构进行表征分析,探讨抑菌性能差异的原因。结果表明:抑菌性能大小顺序为Ag@TiO₂> Zn@TiO₂> Fe@TiO₂,Zn@TiO2 的抑菌活性较好但抑菌稳定性差Ag@TiO2对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的MIC、MBC均是10、20 mg/L,Zn@TiO₂对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的MIC、MBC均是30、50 mg/L。表征发现抑菌活性强弱主要归因于纳米TiO₂表面与金属离子共同产生的活性位点数量及稳定性,与孔结构或表面宫能团的关联不大。     

合成聚合物改性TiO2及对加填纸主要性能的影响

采用3种合成聚合物(PDADMAC、PVAm和PNVF)分别对TiO₂进行改性,并用球磨机进行机械研磨,将改性后的TiO₂作为填料用于装饰原纸的抄造中,探究了不同改性剂用量下获得的改性TiO₂对加填后装饰原纸主要性能的影响。结果表明：改性剂PDADMAC用量为2.5%进行TiO₂改性时,与未改性TiO₂加填纸相比,改性TiO₂加填纸的抗张指数和填料留着率分别提高了21.0%和9.5%;PVAm用量为2.0%时,改性TiO₂加填纸的抗张指数和填料留着率比未改性TiO₂加填纸分别提高了24.7%和5.5%;PNVF用量为1.5%时,改性TiO₂加填纸强度性能和填料留着情况较优。     

光催化技术及前景分析

随着人们对能源短缺和环境污染认识的加深,世界各国开发新能源的步伐越来越快,对太阳能的开发更是如日中天。光催化有机物自降解技术既能充分利用太阳能又能帮助人们解决有机污染物的处理难题。为了提高光催化剂的催化效率及其应用前景,人们不仅打破了催化光源只能是紫外光的束缚而且还将光催化剂与纤维素纸相连接,开辟了光催化的新天地。主要阐述了一些基本的光催化技术,特别介绍了TiO2在光催化领域的应用,以及光催化的发展难点和应用前景。     

Photocatalytic reduction and recovery of copper by polyoxometalates

A series of polyoxometalates PW12O40(3-), SiW12O40(4-), and P2Mo18O62(6-) have been used as photocatalysts for recovery of copper and production of fine metal particles. The process involves absorption of light by polyoxometalates, oxidation of an organic substrate, for instance, propan-2-ol as sacrificial reducing reagent, and reoxidation of the reduced polyoxometalates by Cu2+ ions, closing the photocatalytic cycle. Copper(II) ions are reduced to copper(I) and finally to zero-state particles in a 2-electron process, as also suggested by the half-order dependence. Increase of catalyst or propan-2-ol concentration, or both, accelerates the photodeposition of copper until a saturation value is reached. The method is operational at a wide range of copper concentrations varying from 3 to 1300 ppm, leading to very low final concentrations (<0.2 ppm). The presence of dioxygen suppresses the initiation of copper recovery, though the process is equally effective after dioxygen is consumed. The process is independent of pH within the range 0.3-5.0. Addition of ClO4-, NO3-, or CH3COO- has no effect on the removal of copper ions. Chloride ions retard the enhancement of copper precipitation through stabilization of copper(I). This homogeneous, polyoxometalate-based process exhibits some benefits in comparison with the semiconductor-based (heterogeneous) recovery of metals: The final zero-state metal particles are obtained in pure form. No separation from the catalyst is needed, and moreover, the process is catalytic as the photodeposited metal particulates do not hinder the photocatalytic action of polyoxometalate anions.     

光催化丝质口罩纸的结构性能研究

以蚕丝纸为基体,负载纳米TiO2,通过控制蚕丝的打浆度、纤维长度等工艺,制备不同定量的光催化丝质口罩纸,并与普通丝质口罩纸作对照,分析了丝质口罩纸的孔隙结构和过滤性能,用FESEM观察了纸张的表面形貌及纳米TiO2的分布状况,并考察了光催化丝质口罩纸的抑菌性能.实验结果表明,通过控制浆料打浆度、纤维长度和成纸定量可改变纸张的孔径大小;定量为45g/m2,浆料打浆度为82°SR和91°SR的纸张具有较高的过滤效率和较合适的过滤阻力;光催化丝质口罩纸有效提高了丝质口罩纸的抑菌能力.     

纳米氧化锌的制备与光催化性能的研究

氧化锌是一种高效、无毒性、价格低廉的重要光催化剂。以乙酸锌和草酸为原料,采用溶胶-凝胶法制备纳米ZnO。采用XRD、SEM对纳米ZnO的结构和形貌进行了分析,结果表明,不同焙烧温度下得到的纳米氧化锌均为六方晶系的纤锌矿结构,平均粒径大小在10～55nm。样品颗粒形状基本上为球形,样品颗粒大小比较均匀。以甲基橙溶液为模拟污染物对纳米ZnO的光催化性能进行了研究,结果表明,焙烧温度对纳米氧化锌的光催化性能有一定影响,不同温度下纳米ZnO的光催化效率不同,在焙烧温度450℃时,催化效果较好,可以达到61%。     

Photocatalytic reduction and recovery of mercury by polyoxometalates

Photocatalytic reduction of mercury in aqueous solutions using PW12O40(3-) or SiW12O40(4-) as photocatalysts has been studied as a function of irradiation time, concentration of Hg(II), polyoxometalate, and organic substrate in the presence or absence of dioxygen. The photocatalytic cycle starts with irradiation of polyoxometalate, goes through the oxidation of, for instance, propan-2-ol (used as sacrificial reagent), and closes with the reoxidation of reduced polyoxometalate by Hg2+ ions. Mercury(II) is reduced to mercury(I) and finally to Hg(0) giving a dark-gray deposit, following a staged one-by-one electron process and a first-order kinetics in [Hg2+]. The process is slightly more efficient in the absence of dioxygen, while the increase of either catalyst or propan-2-ol concentration results in the augmentation of the rate of reduction till a certain point where it reaches a plateau. The results show that this method is suitable for a great range of mercury concentration from 20 to 800 ppm achieving almost complete recovery of mercury up to nondetected traces (<50 ppb). In addition, this homogeneous process demonstrates advantages such as the lack of necessity for separation of the zero state metal from the catalyst and ensures that the precipitation of metal will not poison the catalyst or hinder its photocatalytic activity.     

有机污染物降解用光催化纸的应用与展望

该文介绍了利用造纸技术制备有机污染物降解用光催化纸,光催化纸集中了悬浮TiO2和固定TiO2两者的优点,为TiO2在环境污染治理中的应用开辟了一个新的研究领域。文章介绍了光催化纸对气相和液相有机污染物的研究进展。     

造纸污水光催化处理及过程控制系统

在用GC-MS方法分析广州某二次纤维造纸厂各工段污水成分的基础上,利用自制的纳米TiO2胶体分别光催化处理二次纤维造纸混合污水及经过SBR生化处理后的造纸污水;利用金卤灯模拟太阳光,进行了太阳光光催化处理造纸污水的研究;并设计了间歇式光催化处理造纸污水系统及其自动控制系统。研究表明,光催化氧化法处理污水,尤其是造纸过程产生的含有大量木质素、有机氯酚高分子化合物的污水,效果显著。     

二氧化钛的制备及光催化性能研究

以钛酸四正丁酯为钛源,采用水热法和溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛(Ti O2),通过X-射线衍射(XRD)以及紫外-可见(UV-Vis)光谱进行表征,研究反应温度、反应时间、煅烧温度、煅烧时间及溶液配比对二氧化钛结构及光催化性能的影响。结果表明,水热法制备的Ti O2结晶程度随反应温度、反应时间、煅烧温度的增加而增加,对模拟污染物罗丹明B的降解能力随反应温度、煅烧温度的增加先升高再降低,在反应温度160℃,煅烧温度500℃,反应时间为4h时降解率最高,达83.73%。溶胶凝胶法制备的Ti O2结晶度随水的比例、煅烧温度、煅烧时间的增加而增加,对罗丹明B的光催化降解能力随着水的比例、煅烧温度的增加先增加再降低,水的比例为1∶2.5,煅烧温度为500℃,煅烧时间为6h时光催化降解率最高,为86.82%,而煅烧时间对其催化率影响不明显。