氮掺杂二氧化钛的制备及可见光催化研究进展

TiO2在紫外光下具有优异的光催化性能，在废水处理、空气净化、抗茵等环保领域有着广泛的应用，但实现其可见光催化一直是研究的难点之一，而氮掺杂TiO2可以实现可见光催化，本文详细介绍了氮掺杂TiO2的制备方法、研究现状和可见光催化的应用情况，并对未来的发展趋势作了预测。     

TiO_2/CPF纳米复合催化材料的制备

利用聚合-热转化两步法,以TiCl4作催化剂和Ti源,由糠醇单体聚合制备出了具有共轭结构的高分子(CPF)和TiO2的纳米复合催化材料(TiO2/CPF);用TEM、XRD、FT-IR和UV-Vis等技术对其进行了表征,以亚甲基蓝(MB)为目标污染物研究了该材料在自然光条件下的催化性能。结果表明,由该方法可以得到纳米级TiO2/CPF复合材料,其中TiO2的结构为锐钛矿型,CPF具有大的共轭结构,且与TiO2之间存在强相互作用。CPF与TiO2的复合将TiO2的光谱响应拓展到了整个紫外-可见区,极大地改善了TiO2在自然光条件下的催化性能。在自然光条件下,该复合材料,能够在5 min将MB溶液完全脱色,COD去除率达93.9%;重复利用6次对MB溶液的脱色率依然在95%以上,而纯TiO2在紫外光照射3 h时COD去除率仅为54.4%。     

量子点敏化TiO_2纳米管的研究进展

总结近年来量子点敏化TiO2纳米管的制备方法。介绍了量子点敏化TiO2纳米管的原理及量子点的选择、TiO2纳米管的表面状态、量子点与TiO2纳米管的结合方式对光电及催化性能的影响。在此基础上,提出提高光电及催化性能的方法并指出值得关注的研究方向。     

掺氮TiO2的制备与进展

TiO2是一种重要的催化剂，通过掺氮改性能够使TiO2具有可见光催化性能。介绍了当前掺氮改性TiO2制备方法和研究状况，并对未来的发展趋势做了展望。     

金属掺杂TiO2催化剂制备及催化合成N-甲基氧化吗啉

以H2Ti3O7纳米线为前驱体,通过简单的离子交换和高温焙烧两步制备了具有不同金属掺杂的yM/TiO2催化剂(M=Fe、Co、Ni,y=0.25％、0.75％、1.25％、1.75％、2.25％,y表示金属M的质量百分比).通过XRD、SEM、TEM、XPS对催化剂进行了表征,考察了yM/TiO2催化剂在以H2O2为氧化剂催化氧化N-甲基吗啉(NMM)合成N-甲基氧化吗啉(NMMO)反应中的催化性能.结果显示,掺杂的金属元素均匀分散在制备的TiO2纳米线基体表面,yM/TiO2催化剂形貌为纳米线/纳米棒.当掺杂的金属Fe含量为1.75％时,催化剂表面缺陷氧含量高达16.86％,催化性能最佳,在反应温度为35℃、反应3 h后NMMO产率达到97.5％,表明金属离子的掺入造成TiO2晶体结构中局部晶格扭曲,导致催化剂表面形成较多的氧空位,提升了催化活性.     

亚甲基兰在AC和TiO2/AC上的吸附及催化臭氧氧化

研究了活性炭(AC)和负载二氧化钛的活性炭(TiO2/AC)对亚甲基兰的吸附特性及单独臭氧氧化,AC催化臭氧氧化和TiO2/AC催化臭氧氧化处理水中亚甲基兰的效果.结果表明:AC、TiO2/AC吸附亚甲基兰均较好地符合一级动力学模型及Langmuir方程,AC对亚甲基兰的吸附性能优于TiO2/AC;催化臭氧氧化的脱色速率比单独臭氧氧化略高,且对亚甲基兰吸附性能好的AC作催化剂时脱色效率更高.催化臭氧氧化比单独臭氧氧化对亚甲基兰的矿化率有明显的提高,TiO2/AC的催化活性优于AC.在催化臭氧氧化过程中,伴随着亚甲基兰的分解生成一系列中间产物并逐渐完全氧化.     

Pt-CeO2/TiO2催化剂催化湿式氧化苯酚废水的研究

以TiO2为载体,利用分步浸渍法制备了Pt-CeO2/TiO2、Pt-ZrO2/TiO2、Pt-La2O3/TiO2、Pt-Pr2O3/TiO2和Pt-SnO2/TiO2催化剂,并催化湿式氧化高浓度苯酚废水。Pt-CeO2/TiO2催化剂的活性最好,在反应温度为160℃、氧分压为2.25 MPa,反应时间为2 h的条件下,苯酚和COD的去除率分别为87.53%和72.06%。进一步研究助剂含量对催化剂性能的影响,当CeO2负载量为12.5%时,催化剂Pt-CeO2/TiO2的催化性能最佳。XRD和TEM结果表明,助剂CeO2的引入起到降低Pt的粒径,提高Pt在载体表面的分散度的作用。     

普通金红石型TiO2的转晶及声催化降解酸性红B的研究

利用过氧化氢结合超声波制备出普通金红石转晶的TiO2(含锐钛相4%),用该方法得到的TiO2为催化剂,进行声催化降解酸性红B的研究。结果表明,在转晶TiO2的作用下,酸性红B的超声降解效果明显优于单独使用普通金红石型TiO2和普通锐钛型TiO2。除此之外,还考察了各种因素对转晶TiO2催化超声降解酸性红B反应的影响。实验证明在超声波频率40kHz、输出功率50W、催化剂用量1000mg/L、pH为3.00、温度为60°C、酸性红B水溶液初始浓度30mg/L的条件下,100分钟时的降解率即可达到90%以上。而相同条件下,普通金红石型TiO2和普通锐钛型TiO2降解率分别只有64.18%和54.11%。     

太阳光催化氧化-膜分离三相流化床反应装置TiO_2悬浮性能

耦合太阳光催化氧化和有机膜分离技术,设计了一种新型太阳光催化氧化-膜分离三相流化床反应装置(简称反应装置),并对平均粒径0.22μm颗粒状TiO2催化剂在反应装置中的悬浮性能进行了研究。结果表明:增加TiO2投加量和光催化反应区曝气量均使TiO2悬浮浓度升高、直至最大平衡悬浮浓度,同时TiO2沉积现象亦随之变得严重,最佳曝气量和TiO2投加量分别为0.30 m3·h-1和10.00 g。气冲洗使反应装置中TiO2悬浮浓度保持恒定,且适宜的气冲洗时间和气冲洗时间间隔分别为10 s和40 min。连通管上的阀门全开时膜分离器中TiO2悬浮浓度始终大于半开时的,而气冲洗前管式反应器中TiO2悬浮浓度在阀门全开时小于半开时的;膜出水对TiO2悬浮性能的影响很小。     

金掺杂TiO2纳米管的制备及其低温CO氧化催化性能

在NaOH溶液中水热处理TiO2粉末得到高比表面积的TiO2纳米管,通过浸渍-沉积法制备金掺杂TiO2纳米管(Au/TiO2 NTs).通过BET、XRD和TEM等手段对所得材料进行表征,并测定Au/TiO2 Nts对CO氧化的催化性能.载体的形态、制备过程中HAuCl4溶液的pH值、灼烧温度以及气氛、金含量对Au/TiO2 NTs的活性影响极大.     

纳米TiO_2改性方法的研究进展

TiO2在利用光能和环保等领域具有重要应用前景。针对近年来纳米TiO2研究的新成果,对纳米TiO2的制备方法、光催化反应机理做了简要阐述,重点介绍了目前在纳米TiO2掺杂改性方面,尤其是非金属掺杂和共掺杂改性方面的研究进展。指出了TiO2研究进程中存在的主要问题、发展前景及今后的研究方向。     

钨对VOx/TiO2催化燃烧氯苯的作用

采用等体积浸渍法（VO_x和WO_x的添加采用共浸渍）制备不同钨添加量的VO_x-WO_x/TiO₂（VW/Ti）催化剂。采用XRD和EDS对VW/Ti催化剂样品进行表征，并考察催化剂催化燃烧氯苯的活性。结果表明，钨添加前，VO_x/TiO₂催化剂中TiO₂以锐钛矿相和金红石相共存，锐钛矿相为主要晶相，同时还存在V₂O₅晶相；添加一定量钨后，催化剂中TiO₂金红石相和V₂O₅晶相消失，W与Ti质量比0.024时，催化剂中活性组分VO_x在载体TiO₂表面分散最均匀，催化活性最高，T₅₀和T₉₀分别为226.72 ℃和298.67 ℃。W与Ti质量比0.12时，出现WO₃晶相，催化活性略降。因此，适量添加钨不仅可以抑制TiO₂由锐钛矿相向金红石相转变，还可以促进活性组分VO_x在载体上的分散，进而改善催化剂催化降解氯苯的活性。     

不同方法负载钨钒钛催化剂对催化氧化邻二氯苯的影响

钨钒钛催化剂是消除钢铁冶炼废气中的二噁英最好的催化剂,为了降低工业生产成本,并获得良好的催化效果,将实验室筛选出的钨钒钛催化剂负载到不同载体上,研究催化剂负载量及不同负载方法对降解邻二氯苯催化效率的影响。采用溶胶-凝胶-浸渍法和直接浸渍法在堇青石蜂窝陶瓷上负载V_2O_5/WO_3/TiO_2催化剂,用X射线衍射、扫描电镜和X射线能量色散谱对制备的催化剂进行表征,结果表明,直接浸渍法在堇青石蜂窝陶瓷上负载的V_2O_5/WO_3/TiO_2催化剂含量比溶胶-凝胶-浸渍法负载的含量高,粒度较小,表面光滑无缝隙,活性成分V和W分散较好,催化活性高,在(250～350)℃邻二氯苯去除率大于95%,直接浸渍法负载的催化剂与堇青石的最佳质量比为1:100。     

载体二氧化钛的晶型对对硝基苯酚加氢催化剂Ni/TiO2的影响

The catalytic hydrogenation ofp-nitrophenol to p-aminophenol was investigated over Ni/TiO2 catalysts prepared by a liquid-phase chemical reduction method. The catalysts were characterized by inductively coupled plasma （ICP）, X-ray powder diffraction （XRD）, transmission electron microscopy （TEM）, X-ray photoelectron spectra （XPS） and temperature-programmed reduction （TPR）. Results show that the titania structure has favorable influence on physio-chemical and catalytic properties of Ni/TiO2 catalysts. Compared to commercial Raney nickel, the catalytic activity of Ni/TiO2 catalyst is much superior, irrespective of the titania structure. The catalytic activity of anatase titania supported nickel catalyst Ni/TiO2（A） is higher than that of rutile titania supported nickel catalyst Ni/TiO2（R）, possibly because the reduction of nickel oxide to metallic nickel for Ni/TiO2（A） is easier than that for Ni/TiO2（R） at similar reaction conditions.     

纳米TiO2光催化复合膜的制备及其对直接湖蓝催化降解性能

采用水解与均匀沉淀法相结合,制备了锐钛型纳米TiO₂粉末。以壳聚糖、β-环状糊精和十二烷基磺酸钠改性的纳米TiO₂为成膜材料,流延法制得分散较均匀的纳米复合膜,采用X射线衍射表征其结构,测试壳聚糖膜的机械性能,研究复合膜的制备工艺及对直接湖蓝的催化性能。结果表明,随着β-环糊精加入量的增加,复合膜的力学性能降低。复合膜中壳聚糖质量分数80.0%、β-环糊精质量分数16.0%和TiO₂质量分数4.0%时,对直接湖蓝的催化降解效果最好。     

二氧化钛发光与光催化性能关系的研究

采用水热法,通过添加不同的表面活性剂,制备了3种不同形貌的二氧化钛。使用光致发光光谱仪考察了2%铕掺杂的不同形貌二氧化钛（铕与二氧化钛物质的量比为2%）的发光性能。同时,以甲基橙为目标污染物,考察了3种形貌二氧化钛的光催化性能。结果表明：二氧化钛（铕与二氧化钛物质的量比为2%）的发光性能由强到弱的顺序为花状球、纳米棒、核壳球,而二氧化钛的光催化性能由强到弱的顺序正好相反。这说明二氧化钛的形貌能够明显地影响其性能,发光和催化性能的不同取决于半导体光生电子和空穴的重组和分离效率。     

催化臭氧分离膜制备及去除腐殖酸机理分析

以微污染水为处理对象,考察了新型催化膜的过滤性能及抗污染行为。实验过程中采用溶胶凝胶法制备纳米TiO2粉体,将不同焙烧温度的纳米TiO2颗粒加入铸膜液中,利用相转换法制备催化膜。采用X射线衍射（XRD）及扫描电子显微镜（SEM）对膜进行表征,对膜的纯水通量、孔隙率、接触角、膜的催化性能及分离特性进行了系统地测定。实验结果表明,金红石型TiO2催化膜对腐殖酸（humic acid,HA）及总有机碳（total organic carbon,TOC）的去除效率分别为70%及65%以上,说明金红石型TiO2催化膜具有较高的污染物去除及抗污染特性。实验结果证实新型多功能膜对于水处理的实际应用具有较大的发展潜力。     

TiO2/CNTs复合粒子的制备及其对风化煤氧解催化性能的研究

以自制碳纳米管(CNTs)为载体,采用液相化学沉积法制备了纳米级均匀负载的TiO2/CNTs复合粒子。采用TEM、XRD和FR-IR等手段对所得产物的形貌和晶相结构进行表征,并将所得样品作为风化煤硝酸氧解制备腐植酸的催化剂,结果表明:TiO2/CNTs复合粒子的催化性能明显优于单纯的CNTs和TiO2的催化性能,能显著提高腐植酸的产率,而且,所得腐殖酸的芳构化程度较低,分子量较小。     

纳米TiO_2、NiO和CuO的制备、表征及催化苯酚羟基化反应研究

分别采用均匀沉淀法和固相法合成纳米级的TiO2,NiO和CuO颗粒,用XRD,TEM等对其结构和形貌进行了表征,用纳米TiO2,NiO和CuO为催化剂,对苯酚羟基化反应的活性进行研究。结果表明,纳米TiO2,NiO和CuO颗粒催化苯酚羟基化反应具有较好的催化活性,苯酚的转化率分别达到25.3%,28.3%和27.5%。     

微波辅助制备B-N共掺杂TiO_2催化剂及其光催化活性

以钛酸丁酯为钛源,采用微波辅助溶胶-凝胶法制备Ti O2微粒,用于亚甲基蓝染料紫外光照降解实验。对比研究了未掺杂、B掺杂、N掺杂和B-N共掺杂Ti O2的光催化活性,采用扫描电子显微镜表征催化剂微观结构,用Langmuir-Hinshelwood模型进行动力学拟合,并从电化学角度分析。结果表明,采用微波辅助溶胶-凝胶法制备的B-N共掺杂Ti O2具有最佳催化活性,其表面形貌比未掺杂Ti O2更均匀,具有更高的比表面积,同时B-N共掺杂使Ti O2催化剂产生了微观的p-n结效应,表现出很好的催化活性。在B-N共掺杂Ti O2催化剂用量为2 g·L-1和亚甲基蓝初始浓度为10 mg·L-1条件下,室温紫外光照4 h,亚甲基蓝降解率达91.6%。