二氧化钛基光催化剂的开发与应用

笔者综述了TiO2基光催化剂的合成和制备技术的新进展,主要涉及纳米TiO2的液相和气相制备方法、TiO2的表面贵金属沉积、TiO2固载时载体类别的影响和负载后的光催化性能比较、金属元素及非金属元素的掺杂和表面修饰等方面,所有制备技术的主要目的在于提高其催化反应性能和光利用率;概述了TiO2基光催化剂在光催化有机合成、光催化废水处理和环境保护等方面一些新的应用研究进展,最后简要评述了TiO2基光催化剂的生产和其在光催化工业中的发展前景和方向.     

Fe~(3+)对聚苯胺复合二氧化钛光催化性能的影响

通过水蒸气-水解法和化学氧化聚合法分别制备不同掺杂比例的纳米级Fe3+-TiO2和PANI/Fe3+-TiO2系列粉体.利用单因素实验验证了Fe3+对TiO2和PANI-TiO2光催化性能的影响.以KBF染料模拟废水为研究对象,考察Fe3+-TiO2和PANI/Fe3+-TiO2复合材料在紫外光条件下降解水中有机物的效果.结果表明:Fe3+与四氯化钛的摩尔比为1%时,光催化降解效果最好.Fe3+可以改进纳米TiO2光催化剂的光催化性能,可有效降解KBF染料.     

可磁性分离光催化剂的制作

纳米TiO2(壳)/Ni-Cu-Zn ferrite(核)核-壳结构复合材料,具有纳米TiO2光催化剂的特性与优点,且兼有ferrite强磁性以便利用外加磁场达到回收光催化剂再利用的效果。Ni-Cu-Zn ferrite磁粉是利用电镀镍,电镀铜,电镀锌及钢板酸洗废液以化学共沉法制作成8—20 nm的磁粉,再经900℃1 h热处理增强其磁性而成约80 nm的磁粉。利用此磁粉作为结晶核,先加入TiO(SO4)溶液,再以NH4OH调整pH值至6—7,使其产生Ti(OH)4胶态沉淀,加热搅拌使之均匀混合,经过滤后进行不同热处理使之成为纳米TiO2(壳)/Ni-Cu-Zn ferrite(核)核-壳结构复合材料,可重复多层被覆TiO2(壳)。经XRD检测其晶相随多层被覆,Ni-Cu-Zn ferrite尖晶石结构愈来愈弱而TiO2锐钛矿结构愈来愈强。由SEM观察其颗粒大小由约80 nm成长至120 nm。     

负载纳米TiO2、Ag复合微胶囊光催化性能的研究

以纳米Ag粒子掺杂光催化剂TiO2,采用原位聚合法成功制备负载纳米TiO2/Ag的复合微胶囊;利用扫描电子显微镜、紫外-可见吸收光谱等测试手段对其形貌和光谱性质进行了表征,探讨不同纳米TiO2、Ag加入量的微胶囊在不同光催化时间下对亚甲基蓝光催化效果的影响.结果表明:纳米Ag(1.94%)掺杂TiO(22.78%)的复合微胶囊对亚甲基蓝具有最大脱色率为10.82%,单独添加纳米TiO2和单独添加纳米Ag粒子的微胶囊样品与常规微胶囊比较没有显著差异.     

纳米 TiO2 复合光催化剂膜降解废水的研究

在纳米TiO2中掺杂不同的金属离子,制成各种复合光催化剂,研究其对废水的光降解效率.采用溶胶-凝胶法制备复合光催化剂,通过紫外光照射含有催化剂的废水,根据废水的吸光度来评定催化效率.在所研究的几种离子中,掺杂Ag 能有效地提高纳米TiO2的光量子效率,扩大TiO2的光响应范围,有利于该技术的工业实用化.     

纳米TiO_2-沸石光催化降解含酚废水的研究

以钛酸四丁酯为前驱体,利用溶胶-凝胶法制备了纳米二氧化钛粉体材料,再加入吸附剂沸石.通过纳米TiO2-沸石对含酚废水的光催化降解实验,研究了光催化剂TiO2的投加量、光催化剂TiO2和沸石的配比、降解时间对光催化性能的影响.结果表明:光催化剂TiO2和沸石的最佳配比为6∶1,催化剂TiO2用量为4 g/L时,紫外光照射3 h后,COD的去除率可达到59.1%以上.     

TiO_2/ZnO纳米光催化剂的制备及性能研究

通过二步法(阳极氧化法和水热法)得到结构规则、有序核-壳结构的TiO2/ZnO纳米复合材料,并利用SEM、UV-vis、TEM等方法对所制备的纳米复合材料进行了表征。以甲基橙为目标降解物,自然光为光源,研究了TiO2/ZnO纳米光催化剂的光催化活性。结果表明,TiO2/ZnO复合光催化剂能提高对太阳光的利用率,发现在降解液pH值为3、太阳光催化降解5 h时,催化剂的降解效果最好,降解率达90%。     

碳纳米管负载TiO_2光催化剂制备与活性研究

采用表面溶胶-凝胶法制备碳纳米管负载TiO2光催化剂,通过改变负载次数制备不同TiO2负载量的光催化剂.采用XRD,SEM,BET以及TG-DSC对该催化剂进行了表征.采用结晶紫光催化降解,研究碳纳米管负载二氧化钛的光催化活性.光催化测试结果表明,该碳纳米管负载TiO2光催化剂在紫外光照射下具有比TiO2(P25)光催化剂更优越的光催化降解结晶紫的活性.     

超声波制备TiO2光催化降解气相苯的研究

文章以钛酸四丁酯为原料,采用超声波分散450℃焙烧物得到了纳米TiO2光催化剂,以苯为模拟气体,在静态反应装置中考察了该催化剂对气相苯的光催化降解性能。结果表明,采用超声波制备的TiO2光催化剂能显著提高对苯的光催化降解性能,超声波制备的TiO2上苯转化率是搅拌制备的TiO2的1.7倍。BET结果显示超声波制备的光催化剂比表面比搅拌制备的光催化剂高;XRD表征结果表明TiO2呈锐钛型;紫外-可见漫反射结果显示超声波制备的TiO2在可见区吸收增强。     

负载TiO_2光催化剂的制备表征及其降解效果

为解决传统纳米光催化剂不易分离和一般载体的比表面积较小、悬浮性差的问题,将纳米TiO2负载在不耐高温的聚丙烯多面球上,用偶联剂法制备了负载型TiO2光催化剂,并与溶胶-凝胶法制备的负载型TiO2光催化剂降解酸性红B染料溶液的效果进行比较,利用XRD和N2吸附法表征了催化剂表面结构性质.结果表明,偶联剂法制备的TiO2薄膜晶相单一,均为纳米锐钛矿,其晶粒度较小,比溶胶凝胶法制备的TiO2薄膜光催化活性高,降解效果优于溶胶-凝胶法.试验钛酸酯偶联剂用乙醇溶剂按体积比1∶1进行稀释,最佳TiO2投加质量比为2.5%~5%,且随着光照强度的增加,光催化反应速率提高.发现光催化氧化法处理酸性红B溶液的效果优于直接光解法;在连续使用7次以后,负载TiO2光催化剂的活性基本不变,可重复使用.     

介孔TiO2的制备及其光催化性能研究

以钛酸四丁酯为先驱体,冰醋酸为螯合剂,利用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备出介孔纳米TiO2光催化剂。采用X射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM),N2吸附-解吸BET技术对其组织结构进行表征,以甲基橙为降解物测定介孔TiO2光催化剂的光催化性能,并研究了不同温度下TiO2的相变及对光催化性能的影响。结果表明:溶胶-凝胶法制备的纳米介孔TiO2经500℃热处理后完全转变为锐钛矿结构,晶粒尺寸约33 nm,比表面积达到95.339 m2/g,孔容0.095 cm3/g,孔径约11 nm。介孔TiO2光催化剂的最佳热处理温度是500℃,此时甲基橙的降解率最高,可达90%。     

纳米TiO2复合光催化剂膜降解废水的研究

在纳米TiO2中掺杂不同的金属离子，制成各种复合光催化剂，研究其对废水的光降解效率。采用溶胶-凝胶法制备复合光催化剂，通过紫外光照射含有催化剂的废水，根据废水的吸光度来评定催化效率。在所研究的几种离子中，掺杂Ag 能有效地提高纳米TiO2的光量子效率，扩大TiO2的光响应范围，有利于该技术的工业实用化．     

P掺杂TiO2的制备及光催化性能的研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)制备掺杂P的纳米TiO2光催化剂,将焙烧温度、焙烧时间、冰醋酸与钛酸四丁酯物质的量比、P/Ti物质的量比、加水量和乙醇用量等因素作为实验考察条件,分别在紫外光和可见光条件下,研究P掺杂TiO2制备条件对其光催化降解有机污染物性能的影响。以难生化降解的亚甲基蓝为目标降解物,通过其降解前后浓度的变化考察改性光催化剂的光催化活性。结果表明,适量P的掺杂能够有效促进TiO2纳米粒子的光催化活性。利用溶胶-凝胶法制得的光催化剂,最佳催化剂制备条件为:P掺杂的摩尔分数为6%,600℃焙烧120min,冰醋酸与钛酸四丁酯物质的量比为3∶1,加水体积80mL,乙醇体积60mL,此条件下亚甲基蓝可见光降解率为88.0%。     

绿色化学中TiO2催化材料的制备及性能研究

绿色化学是化学和环境今后革命性变化的新概念,它是一门从源头上阻止污染的化学．TiO2作为一种绿色化学中环境污染物治理方法已经引起了广泛的关注,它可将很多有机物降解成CO2、H2O和小分子．本文用溶胶一凝胶法制备纳米TiO2光催化剂,得到的TiO2光催化剂粒径在40-60nm,外观呈球形,颗粒没有团聚现象．以罗丹明B溶液为模拟废水,进行光催化降解实验,表明纳米TiO2有良好的光催化剂活性．     

掺杂镝和钴纳米TiO2光催化剂的溶胶-凝胶法制备及其性能

采用溶胶-凝胶法,制备TiO2、Co2 /TiO2、Dy3 /TiO2、Co2 ,Dy3 /TiO2光催化剂.通过考察掺杂离子的种类和用量对所得催化剂用于紫外光催化降解亚甲基蓝性能的影响,得出Dy3 /TiO2中Dy3 的适宜掺杂量为1.0%(质量分数),Co2 ,Dy3 /TiO2中,当Dy3 的掺杂量为1.0%时,Co2 的适宜掺杂量为0.2%,相应的脱色效率为98.79%.当掺杂量适当时,4种催化剂用于紫外光催化降解亚甲基蓝的活性次序为:Dy3 /TiO2>Co2 ,Dy3 /TiO2>TiO2>Co2 /TiO2.XRD分析结果表明,所得光催化剂均为纳米粒子.     

去除As(V)的赤泥基环境修复材料的研究

针对重金属污染这一课题,文中采用溶胶-凝胶法、浸渍镀膜法在赤泥基多孔陶瓷滤球上涂覆Eu-Ce共掺杂纳米TiO2膜,利用多孔陶瓷的吸附作用及稀土共掺杂TiO2膜的光催化剂强还原作用去除电镀废水中的As(V)离子.研究了浸渍时间、涂覆次数、涂覆方式及膜热处理制度对膜与赤泥基多孔陶瓷滤球结合性及光催化性的影响,进行了涂覆Eu-Ce共掺杂纳米TiO2膜的赤泥基多孔陶瓷滤球对As(V)离子去除试验.结果表明,浸渍10 min、涂覆2次、550℃热处理的赤泥基环境修复滤球材料对As(V)离子去除率可达95.96％.通过SEM、TG-DTA、UV-Vis吸收光谱等现代测试技术对样品的结构及性能进行了表征,探讨了赤泥基多孔陶瓷滤球上涂覆Eu-Ce共掺杂纳米TiO2膜的赤泥基环境修复材料的成膜机理和去除重金属As(V)离子的作用机理.     

去除As(Ⅴ)的赤泥基环境修复材料的研究

针对重金属污染这一课题,文中采用溶胶-凝胶法、浸渍镀膜法在赤泥基多孔陶瓷滤球上涂覆Eu-Ce共掺杂纳米TiO2膜,利用多孔陶瓷的吸附作用及稀土共掺杂TiO2膜的光催化剂强还原作用去除电镀废水中的As(Ⅴ)离子。研究了浸渍时间、涂覆次数、涂覆方式及膜热处理制度对膜与赤泥基多孔陶瓷滤球结合性及光催化性的影响,进行了涂覆Eu-Ce共掺杂纳米TiO2膜的赤泥基多孔陶瓷滤球对As(Ⅴ)离子去除试验。结果表明,浸渍10min、涂覆2次、550℃热处理的赤泥基环境修复滤球材料对As(Ⅴ)离子去除率可达95.96%。通过SEM、TG-DTA、UV-Vis吸收光谱等现代测试技术对样品的结构及性能进行了表征,探讨了赤泥基多孔陶瓷滤球上涂覆Eu-Ce共掺杂纳米TiO2膜的赤泥基环境修复材料的成膜机理和去除重金属As(Ⅴ)离子的作用机理。     

紫外光原位还原法制备Pt/TiO_2及其光催化性能研究

以TiO2纳米粒子为载体,采用紫外光原位还原法制备了Pt/TiO2纳米光催化剂,并用TEM和EDS对其进行了表征。结果表明:纳米Pt负载到TiO2纳米粒子表面;Pt/TiO2的光催化活性是未处理纳米TiO2光催化活性的3~4倍。     

Ag/TiO_2/HAP复合光催化剂的制备和表征

为使二氧化钛光催化剂能应用于纺织物中,利用溶胶-凝胶法和非均相沉淀法,制备银(Ag)/二氧化钛(TiO2)/羟基磷灰石(HAP)复合光催化剂颗粒。运用X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)和扫描电镜(SEM)对样品的结构形态进行表征;并以2 mg/L亚甲基蓝溶液为待降解有机物,通过紫外光谱(UV)吸收对样品的催化性能进行了测试和分析。结果表明:制备的Ag/TiO2/HAP粒子具有核壳结构,最外层包覆的是羟基磷灰石,颗粒直径在400 nm左右,其光催化活性基本接近P25纳米TiO2粉末。     

紫外光原位还原法制备Pt／TiO2及其光催化性能研究

以TiO2纳米粒子为载体,采用紫外光原位还原法制备了Pt／TiO2纳米光催化剂,并用TEM和EDS对其进行了表征。结果表明：纳米Pt负载到TiO2纳米粒子表面;Pt／TiO2的光催化活性是未处理纳米TiO2光催化活性的3～4倍。