TiO_2/GO复合材料的制备及其催化性能研究

采用改进Hummers法制备氧化石墨烯(GO),以钛酸丁酯为钛源,通过溶胶-凝胶法制备TiO_2/GO纳米复合光催化剂。利用傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线能谱(EDS)等对催化剂的结构、组成、形貌和粒径进行表征。将催化剂用于光催化降解甲基橙(MO)溶液,考察催化剂种类、GO负载量和p H值对催化效果的影响。结果表明,TiO_2/GO复合光催化剂具有较高的光催化活性和良好的稳定性,1 mg/mL的TiO_2/GO复合催化剂对50 mL 10 mg/L MO溶液降解120 min,降解率为94.4%;催化降解过程符合一级动力学模型。     

CuFe2O4/TiO2复合光催化剂在模拟太阳光下对大肠杆菌杀灭作用的研究

采用溶胶-凝胶法制备了纳米CuFe2O4,然后与TiO2固相烧结成复合光催化剂,并通过TEM,XRD和UV-visDRS对复合光催化剂进行了表征,表明样品由粒径约为80nm的粒子组成,晶体结构均匀.以大肠杆菌为研究对象,考察了复合光催化剂在模拟太阳光(150 W 氙灯,λ=200～900 nm)照射下的杀菌性能.结果表明:复合光催化剂比单一光催化剂杀菌效果好,在最佳条件下,模拟太阳光照射30min后,CuFe2O4/TiO2复合光催化剂的杀菌率分别为单纯CuFe2O4和TiO2杀菌率的1.71倍和1.13倍.复合光催化剂杀菌性能受CuFe2O4与TiO2质量比及固相合成时焙烧温度的影响,当TiO2质量分数为80%、焙烧温度为600℃时,所制得的复合光催化剂处理大肠杆菌,在模拟太阳光照射30min后,细菌的存活率仅为3.2%,而单纯CuFe2O4和TiO2光催化剂在最佳条件下杀菌30min后细菌存活率分别为43.3%和14.2%.同样条件下在黑暗中使用催化剂或在光照下不用催化剂时细菌存活率分别为97.0%,93.2%.     

ZnO/石墨烯与等离子体协同脱除空气中甲醛研究

甲醛污染物对人体健康危害极大,研发高效去除空气中甲醛的方法至关重要。石墨烯具比表面积大、独特电学、光学等性质,作为催化剂载体优势显著。实验采用改良后的Hummers法、水热合成法制备出优质石墨烯和新型ZnO/石墨烯复合催化剂。分别将所制备的ZnO、石墨烯、ZnO/石墨烯催化剂与等离子体结合,进行甲醛脱除研究,得出ZnO/石墨烯与等离子体结合效果最佳。在甲醛初始浓度123×10-6、流量480 m L/min、温度40℃、放电电压1.8×104 V时甲醛脱除率96.1%,远大于相同条件下单纯等离子体脱除甲醛的脱除率和单纯ZnO/石墨烯催化剂催化氧化脱除甲醛的脱除率之和。实验结果表明,ZnO/石墨烯与等离子体结合在脱除空气中甲醛过程中产生了较好的协同作用。     

石墨烯的制备及其在光催化材料中的应用

以黑龙江鸡西柳毛鳞片石墨为原料制备石墨烯,重点探讨了氧化剂配比、氧化时间对氧化石墨结构的影响,表征了氧化石墨、氧化石墨烯与石墨烯的晶体结构与形貌特征。并将石墨烯与氧化锌纳米棒阵列(RGO/ZNRs)复合,研究了石墨烯浓度对石墨烯/氧化锌纳米棒阵列复合材料光催化降解性能的影响,分析了复合材料的光降解机制。结果表明:鸡西柳毛天然鳞片石墨成功制备成单层或少层还原氧化石墨烯片,厚度为1.1~1.3 nm。石墨烯的引入有效增强了RGO/ZNRs复合材料光催化降解性能。当石墨烯浓度为2mg/mL时,RGO/ZNRs复合材料中石墨烯的含量达到最优值,光催化性能最佳。     

Ti/ZnO/C复合材料的制备及其在处理四环素类废水中的应用

以MOF-5为模板,采用浸渍法和焙烧法制备了一种Ti/ZnO/C复合材料,并应用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、N₂吸附-脱附技术等多种方法对Ti/ZnO/C的结构、形貌、成分、光谱性质等进行了分析。结果表明,Ti/ZnO/C是一种介孔材料,BET比表面积为123 m²/g,孔径为2.56 nm。C的复合使ZnO的禁带宽度从3.25 eV降至2.88 eV,极大地增加了ZnO的光响应范围。Ti⁴⁺的复合可抑制ZnO晶粒长大,增加ZnO的表面羟基数量。研究了Ti/ZnO/C对四环素(TC)、土霉素(OTC)和强力霉素(DC)的降解性能,并与ZnO和ZnO/C进行了比较。结果显示,Ti/ZnO/C是一种良好的光催化材料,TC、DC和OTC的降解率分别为99.2%、95.1%和84.7%。     

Mn掺杂和还原氧化石墨烯复合对NiAl-LDHs超级电容性能影响

采用水热法制备了水滑石（layered double hydroxides,LDHs) NiAl-LDHs、NiMnAl-LDHs及其分别与还原氧化石墨烯(reduced graphene oxide,rGO)的复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线光电子能谱、拉曼光谱、电化学工作站对合成的材料进行了结构形貌和电化学性能表征,并研究了Mn离子掺杂和rGO复合对超级电容性能的影响。研究发现：Mn离子掺杂降低了LDHs的结晶度和片层尺寸,提高了分散性,降低了内阻,使倍率性能提高;与rGO复合后,导电性和比容量进一步提高,其中,NiAl-LDHs/rGO具有最高比电容,在1A/g时达1345F/g,在5A/g循环1000次后容量保持率为82.9%。     

一种新型增强可见光催化性能MoS2/电气石/石墨烯三元复合材料的制备

通过一步水热法制备了MoS₂-石墨烯-电气石(MoS₂-GR-T)复合光催化剂。拉曼光谱显示氧化石墨烯被还原为石墨烯。紫外可见漫反射光谱分析表明,MoS₂、MoS₂-T和MoS₂-GR-T样品的带隙能量分别为2.01、1.91和1.79 eV,证明电气石的引入降低了禁带宽度。以罗丹明B染料为模拟污染物,在氙灯照射下研究了复合材料的光催化性能。与MoS₂和MoS₂-GR相比,MoS₂-石墨烯-电气石(MoS₂-GR-T)复合材料表现出更好的光催化降解活性。在光照60 min时,罗丹明B的降解率达93.9%。MoS₂-GR-T复合材料的光催化活性增强主要是由于其表面暴露出更多的光催化活性位点,提高了光吸附能力和电荷分离效率。研究结果表明,无金属助催化剂与极性矿物偶联可以提高光催化剂的电荷效率。     

介孔TiO_2纳米光催化材料的水热合成及表征

以钛酸丁酯为钛源,十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,采用水热合成法制备介孔TiO_2纳米光催化剂。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)、比表面积孔径分析仪、紫外-可见分光光度计分析等方法对材料进行表征和测试。重点研究模版剂用量对所制TiO_2纳米光催化剂结构和光催化性能的影响。结果表明,纳米TiO_2光催化剂具有单一的锐钛矿相结构,晶粒尺寸小于12.8 nm;当模板剂用量(n_(CTAB)/n_(Ti))为0.5%时,催化剂的介孔孔径尺寸为5~16 nm,比表面积为162.8 m~2/g,孔容体积为0.38 cm~3/g,对光的吸收波长为460 nm,吸附能力强、光催化活性高。     

模板剂对天然丝光沸石制备介孔材料的影响

以天然丝光沸石为原料,三正丁胺和三乙胺为模板剂,在碱性条件下,采用水热法制备介孔材料。利用X射线衍射仪(XRD)、比表面积测定仪(N2吸附脱附)、扫描电子显微镜(SEM)对样品进行表征,研究了模板剂对天然丝光沸石制备介孔材料的孔结构、形貌及性能参数的影响。结果表明,两种模板剂制备的介孔材料均较好的保留了丝光沸石的晶体结构,孔径主要分布于2~10 nm之间,孔型为片状颗粒堆积形成的狭缝孔。以三乙胺为模板剂制备的介孔材料性能较好,比表面积达到18.785 m2/g、平均孔径为13.495 nm、孔容为0.0844 cm3/g。     

煅烧温度对ZnO/辉沸石复合材料结构与性能的影响

采用均匀沉淀法,以醋酸锌为前驱体,尿素为沉淀剂,天然辉沸石为载体,得到了不同煅烧温度下的ZnO/辉沸石纳米复合材料。通过X射线衍射(XRD)、比表面积分析(BET)、扫描电镜(SEM)等表征手段研究了煅烧温度对复合材料结晶性能、孔结构特性以及微观形貌的影响。研究表明,随着煅烧温度的升高,复合材料中ZnO的晶粒先减小后增大,350℃时ZnO/辉沸石复合材料中ZnO晶粒尺寸最小;经煅烧后,复合材料的比表面积和孔径变化不显著,但微观形貌发生了显著变化;复合材料的光催化性能也呈现出先升高后降低的趋势,350℃煅烧得到的ZnO/辉沸石复合材料光催化效果最好,经300W高压汞灯照射2h后亚甲基蓝的降解效率达到95%以上。     

热膨胀剥离法制备石墨烯及其表征

以-48μm高纯鳞片石墨为原料,先采用Hummers法制备氧化石墨,再采用高温热膨胀剥离法制备石墨烯.利用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、原子力显微镜(AFM)、N2吸附-脱附(BET)等研究了氧化石墨及石墨烯的晶体结构、表面官能团、表面形貌、比表面积、孔径分布等.XRD研究结果表明,氧化石墨层间距为0.94 nm,原有的石墨峰消失;热膨胀所得石墨烯(2θ=25.6°,d(002)=0.348 nm)为无定形态.FT-IR分析表明,石墨氧化过程中结构层间形成大量含氧官能团,经高温还原后仅残存部分含氧官能团.石墨烯具有较高的比表面积(336.7 m2/g),其厚度在0.4～0.7nm之间,为1～2层石墨烯.     

Cu掺杂TiO2/膨润土复合光催化剂的制备及其性能

以膨润土为载体,钛酸丁酯和硝酸铜为原料,采用溶胶.凝胶法制备铜掺杂TiO2/膨润土复合光催化剂,在可见光灯照射下,通过直接天蓝溶液的降解反应,考察Cu掺杂量、焙烧温度、溶液初始pH值、催化剂投入量对光催化活性影响.实验结果表明,选用铜掺杂量为1.0%,焙烧温度在500℃下得到的Cu-TiO2/膨润土复合光催化剂,在直接天蓝溶液(50mg/L)pH值为3,催化剂投入量为5g/L时,其光催化活性达到最佳效果.     

CTMAB/SDS/石墨烯复合改性膨润土对苯酚的吸附

在微波条件下,采用十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)、十二烷基磺酸钠(SDS)、石墨烯为改性剂,制备CTMAB/SDS/石墨烯复合改性膨润土(CSGMB),研究了改性膨润土对苯酚废水的吸附效果,并通过XRD、SEM、N_2吸附-脱附等手段进行了表征。结果表明,苯酚模拟废水初始质量浓度50 mg/L,pH值为3,吸附剂用量2 g/L,吸附时间120 min时,溶液中苯酚的去除率可达79.1%;利用1.5 mol/L NaOH溶液对复合改性膨润土解吸再生,4次再生后对苯酚的去除率为53.88%。复合改性膨润土孔隙结构优于原土,层间距由1.287 nm增大至1.578 nm,比表面积增大至32.998 m~2/g。     

Zn0.5Cd0.5S@Ni(OH)2可见光下光催化制氢性能研究

采用水热法制备了Zn_0.5Cd_0.5S纳米片状光催化剂,并通过沉淀法原位负载Ni(OH)₂,制备出光催化剂Zn_0.5Cd_0.5S@Ni(OH)₂。Zn_0.5Cd_0.5S异质结有着良好的光吸收性能,负载Ni(OH)₂能为催化剂提供大量反应活性中心,有效减少了光生载流子的复合,能大幅度提高产氢速率。实验结果表明,当Ni(OH)₂负载量为15%时,光催化剂产氢性能达到最佳,在可见光(λ≥420 nm)照射下,其平均产氢速率为44.46 mmol/(g·h),是未负载Ni(OH)₂基体材料的5.3倍。     

一种新型增强可见光催化性能的MoS2/电气石/石墨烯三元复合材料

本研究通过一步水热法制备了MoS2-石墨烯-电气石(MoS2-GR-T)复合光催化剂。拉曼光谱显示氧化石墨烯被还原为石墨烯。紫外可见漫反射光谱分析表明,MoS2、MoS2- T和MoS2-GR-T样品的带隙能量分别为2.01 eV、1.91 eV和1.79 eV,发现电气石的引入降低了禁带宽度。以罗丹明B染料为模型,在氙灯照射下证明了其光催化性能。与MoS2和MoS2-GR相比,MoS2-石墨烯-电气石(MoS2- GR -T)复合材料表现出更好的光催化降解活性,在光照60 min时达93.9%。MoS2-GR-T复合材料的光催化活性增强主要是由于其暴露的吸附-光催化活性位点,提高了光吸附能力,提高了电荷分离效率。本研究表明,无金属助催化剂与极性矿物偶联可以提高光催化剂的电荷效率。     

TiO_2/MoS_2@硅藻土光催化剂的制备及其性能的研究

在异丙醇水溶液中以钛酸丁酯为钛源,MoS_2为敏化剂,硅藻土为负载剂,通过溶胶-凝胶法和水热法制备TiO_2/MoS_2@硅藻土的复合光催化剂。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、漫反射光谱(DRS)、扫描电镜(SEM)和N_2吸附-脱附对催化剂组成、形貌及结构进行分析,以亚甲基蓝(MB)为降解有机污染物目标,降解MB溶液前后的浓度比值(c_t/c_0)为评价指标,对催化剂种类及催化剂的用量进行了优化研究。结果表明,TiO_2/MoS_2@硅藻土复合催化剂稳定性高,催化活性强,1 mg/mL该复合催化剂降解50 mL 3～10 mg/L的MB溶液,c_t/c_0值范围为0.015～0.048。降解过程符合一级反应动力学Langmuir-Hinshelwood方程。     

铜铁双金属掺杂TiO2/膨润土光催化降解直接天蓝染料性能研究

以溶胶-凝胶法制备了Cu-Fe双金属掺杂TiO2/膨润土负载型复合光催化剂,以直接天蓝溶液为模拟染料废水,考察了光照条件、催化剂用量、溶液pH值、反应时间、催化剂再生等条件对催化剂光催化性能的影响.结果表明,该光催化剂对质量浓度为50 mg/L的直接天蓝溶液,在催化剂用量为3g/L、溶液pH值为3、光照时间为1.5h的反应条件下,在紫外光和可见光下的脱色率分别高达98.6％和97.3％,且该催化剂具有良好的再生性能,表现出较好的应用前景.     

ZnS/ZnO/rGO复合材料的制备及其光催化性能研究

以醋酸锌、硫化钠为原料, 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为改性剂, 采用一步合成法制备了β-ZnS, 再通过焙烧制备ZnS/ZnO异质结材料, 然后加入一定量氧化石墨烯(GO)利用水热法成功制备了ZnS/ZnO/rGO复合材料。结果表明, 在水热时间16 h、水热温度140 ℃、GO∶(ZnS/ZnO)质量比20%的条件下, 所制备的ZnS/ZnO/rGO复合材料在可见光光照120 min内对亚甲基蓝的降解率可达80.3%。     

石墨烯基S掺杂TiO_2光催化降解罗红霉素的研究

为降解废水中的罗红霉素,通过湿法(煅烧一定配比的TiO_2与硫脲)制备S-TiO_2,并负载到石墨烯(RGO)上,得到石墨烯负载S掺杂TiO_2光催化剂(S-TiO_2-RGO);通过透射电镜、扫描电镜、X射线荧光衍射和紫外可见漫散射来表征其结构;以氙灯为光源模拟可见光,S-TiO_2-RGO为光催化剂,降解废水中的罗红霉素。结果表明,当光催化剂投加量为500 mg/L、p H=4.0、反应时间为210 min时,废水中初始浓度为100 mg/L的罗红霉素的降解率可达91.6%;并通过添加空穴与羟基自由基(·OH)的捕获剂探究了S-TiO_2-RGO光催化机理。     

ZnO/煤矸石复合光催化剂的制备与性能研究

以ZnSO_4、煤矸石和NaOH为原料,采用沸腾回流法制得了一系列不同质量比的ZnO/煤矸石复合光催化剂。用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜及紫外-可见漫反射光谱等多种手段对产物进行表征。以甲基橙和亚甲基蓝为目标降解物,考察了紫外光照下样品的光催化效果。结果表明,将球形ZnO负载于改性煤矸石表面可有效提高其光催化活性,且ZnO/煤矸石复合光催化剂的性能与ZnO的含量有关,当ZnO与煤矸石的质量比为10:100时,样品的光催化效果最佳,120 min内几乎将甲基橙和亚甲基蓝完全降解。此外,ZnO/煤矸石复合光催化剂还具有可重复使用的特点。