二氧化钛基材料光催化降解VOCs的研究进展

挥发性有机污染物(VOCs)大量排放导致的人体健康和环境问题已引起广泛关注,如何高效环保地去除VOCs一直是催化化工行业领域的热点和难题之一.光催化氧化技术(PCO)被认为是有效的环境污染物治理方法之一.TiO₂作为研究时间最长的光催化剂,具有成本效益高、稳定性好和光催化降解能力强等优点.然而,无法利用可见光和光激发电荷载流子分离效率低等瓶颈问题始终制约着其进一步发展.通过改性来克服TiO₂固有限制和提高TiO₂光催化氧化降解VOCs能力势在必行,立足于TiO₂光催化去除VOCs的基本原理,面向影响光催化反应的关键因素,从掺杂、半导体复合、缺陷工程、晶面工程、载体吸附和形貌调控等几个方面出发对近年TiO₂基材料设计及其在光催化降解VOCs领域应用的研究进行了系统的归纳和总结,并对如何进一步改进基于TiO₂的光催化氧化VOCs技术提出展望.     

MOF材料在水环境污染物去除方面的应用现状及发展趋势(Ⅰ)

金属有机骨架(Metal-organic frameworks,MOFs)是一类有机-无机杂化材料,通常是指金属离子或金属簇与含氮、氧刚性有机配体通过自组装过程形成的功能性多孔材料.MOF材料具有丰富的可设计的结构类型、可调控的化学功能、低密度的骨架、超高的比表面积,以及可功能化的永久的孔空间,在气体存储与分离、催化、传感、药物运输与缓释等领域都有广泛的应用潜力.近年来,MOF及其复合材料已经被应用于多种污染物的去除.本文对近年来MOF材料去除水环境中重金属、有机物的相关研究进行了总结与评述.本篇是该主题的第一篇,主要针对MOF材料在水体重金属污染物去除方面的研究进行论述.通过对以往的研究分析可知,MOF材料对常见重金属Pb2+、Cu2+、Cd2+、Co2+、Ag+、Cs+、Sr2+、Hg(II)以及TcO4-、Se(VI)、As(III)、As(V)均具有高效吸附性能,甚至部分MOF材料的吸附性能远高于传统吸附材料.主要的吸附机理包括:静电引力、配位/螯合作用、离子交换作用、孔道吸附(物理吸附)等.最后,基于以往的研究成果对未来的研究趋势进行了展望.     

赤泥基光催化材料降解水中有机污染物的应用现状及发展趋势

光催化作为一种低成本且高效安全的环境净化技术,被认为是全球能源危机和环境污染问题最好的解决方式之一。赤泥作为一种固废不仅含有丰富的铁氧化物,且具有较高的比表面积、孔结构等特点,近年来,赤泥基光催化材料在光催化降解水中有机污染物的研究中备受关注。本文介绍了赤泥的特性,概括了赤泥基光催化材料的制备方法,总结了赤泥基光催化材料在光催化降解水中有机污染物方面的应用,阐述了赤泥基光催化材料催化降解水中有机污染物的机理,探讨了现有赤泥基光催化材料存在的问题。最后,基于以往的研究结果对赤泥基光催化材料未来的发展趋势提出了展望及建议。      

三嗪类污染物光催化降解研究进展

三嗪类污染物是农业生产中广泛存在的环境激素类农药,其广泛且稳定的环境残留对生物体通常造成不可逆的伤害。利用光催化技术降解三嗪类污染物具有廉价、效率高、环保可持续等优势。研究发现,不同光催化剂材料降解不同结构的三嗪类污染物的光催化机制各不相同。目前,对于三嗪类污染物的结构性质缺少总结,对于光催化降解机制,还缺乏系统的总结和归纳。基于此,本文系统总结了三嗪类污染物的理化性质,以活性物种(ROS)进行分类,归纳了羟基自由基(·OH)、超氧自由基(·O₂^-)、空穴(h⁺)、单线态氧(¹O₂)及多活性物种协同的五种光催化降解机制,总结了光催化剂能带结构与所产生的活性物种之间的关联,以及不同活性物种对污染物降解机制的影响。探讨了降解三嗪类污染物的机制探究的欠缺及研究难点,展望了今后光催化降解三嗪类污染物可能的研究方向和重点。     

CeO2/Bi2MoO6纳米复合材料的制备及 其增强光催化降解性能研究

采用水热法制备了一系列不同的CeO₂/Bi₂MoO₆纳米复合材料,分别考察了pH值（2~9）和Ce/Bi摩尔比（3 %~10 %）等因素对其光催化性能的影响.利用X射线粉末衍射、扫描电镜、红外光谱、紫外-可见漫反射光谱、光致发光光谱、瞬态光电流-时间响应等一系列分析测试手段对催化剂的组成、结构、光电性能等进行表征.结果表明,当pH=6时,所制备的Bi₂MoO₆（BMO）晶体形貌为细针状,复合CeO₂后形貌为厚片状,比表面积减小、晶体颗粒增大.在实验室模拟太阳光条件下（300 W氙灯)进行光催化活性测试,分别以罗丹明B（RhB）、亚甲基蓝（MB）和苯酚为模拟污染物,对复合光催化剂的光催化活性进行考察,结果表明,当CeO₂的含量为5 %时呈现出最高的光催化降解活性. 5 % CeO₂/BMO对RhB、MB和苯酚的光催化反应的速率常数分别为0.037 min-1、0.016 min-1和0.007 min-1,相对于纯的BMO分别提高了3.19倍、1.70倍和4.58倍.其光催化性能增强主要原因是CeO₂与Bi₂MoO₆复合后形成异质结有利于光生电子-空穴的有效分离,从而提高了活性自由基的含量.在自由基捕获实验中,超氧根离子自由基（·O2-）、羟基自由基（·OH）和空穴（h+）参与了光催化降解,其影响顺序为:·O2->·OH>h+.      

晶面协同NaF–TiO2/rGO的制备及其光催化性能

为解决二氧化钛（TiO₂）光生载流子寿命短的问题,以钛酸四丁酯、氟化钠和石墨粉为原料,采用水热法制备了NaF–TiO₂/rGO复合材料,通过透射电镜（TEM）、X射线能谱分析（EDS）、X射线衍射（XRD）、光致发光光谱（PL）、紫外漫反射光谱（UV–Vis）对复合材料的微观形貌、物相组成、晶型、荧光强度等特性进行了表征,并以降解罗丹明B（RhB）测试其光催化活性及降解机理。实验结果表明,制备得到的产物主要为{001}、{101}晶面协同的锐钛矿相TiO₂并均匀分布于rGO表面,NaF与rGO的加入可有效降低其电子–空穴对的复合速率以及带隙宽度从而提高光催化活性。在最佳制备条件下,催化反应80 min后对1×10–5 mol·L–1 罗丹明B（RhB）溶液的降解率可达99.8%,降解速率常数（0.0448 min–1）是NaF – TiO₂的1.67倍,且复合材料的催化性能随其投加量的增大先加强后保持稳定,pH适用范围为3～11;自由基猝灭实验结果表明,在光催化降解过程中,起主要作用的活性物质是·OH和h+。      

纳微结构Ag2CO3光催化材料的制备 及其在光催化的应用

Ag₂CO₃是近年来发现的一种新型的可见光响应光催化剂,对甲基橙（MO）、罗丹明B（RhB）和亚甲基蓝（MB）等染料和苯酚等有机物都具有较高的光催化降解能力.然而,在光催化反应过程中,Ag₂CO₃晶体中的Ag+会被自身的光生电子（e-）还原形成金属Ag单质,随着反应的进行,样品的稳定性和光催化效果迅速降低.贵金属沉积、非金属掺杂和形成异质结等方法,可以使Ag₂CO₃的光吸收得到扩展,同时促进光生电子空穴对的分离,从而提升Ag₂CO₃的抗光腐蚀性能和对污染物的降解效率.通过不同的物理和化学方法调控Ag₂CO₃催化材料的形貌、晶粒尺寸和晶体缺陷等,可以提升其比表面积和光生电子空穴的传输效率,进而提高其光催化活性.文中归纳了近年来Ag₂CO₃光催化材料的研究进展,分析了Ag₂CO₃光催化的特点,阐述了一系列提升Ag₂CO₃光催化性能的方法,并对Ag₂CO₃光催化材料的研究进行了总结与展望.      

多壁碳纳米管/TiO2复合材料的合成 及其光催化性能

TiO₂被广泛应用于环境污染治理、新能源转换以及传感器等领域.通过负载导电材料复合(碳纳米管）拓宽纳米TiO₂的光谱响应范围,提高光生电子-空穴对分离效率,是有效提高TiO₂光催化性能的研究手段.以多壁碳纳米管和钛酸异丙酯为原料,采用溶胶-凝胶法合成碳纳米管负载的TiO₂光催化剂.利用X射线单晶粉末衍射（XRD）、比表面积（BET）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、激光拉曼（Raman）、紫外-可见漫反射吸收光谱（UV-vis DRS）等对催化剂进行表征.通过在365 nm紫外光照射下,光催化降解亚甲基蓝来研究不同含量碳纳米管负载对TiO₂光催化活性的影响.结果表明,负载2%碳纳米管的TiO₂光催化效果有明显提高,对亚甲基蓝的降解率达90.6%.碳纳米管负载后,样品的比表面积增大,可见光吸收能力和光电流强度增强,光生电子寿命增长.同时,碳纳米管与TiO₂构建了紧密的界面接触关系引起Ti-O键的缩短而有利于光生电子和空穴的分离从而产生大量h+、·OH和超氧自由基等活性基团,能有效提高光催化性能.      

纳米二氧化钛-聚合物复合材料去除无机/有机污染物的研究进展

大量无机和有机污染物对生态环境有潜在危害。为去除这些污染物,已研发出一系列材料,其中纳米二氧化钛因制备原料低廉、制备过程简单及吸附和光催化性能优良而受到广泛关注。但纳米二氧化钛本身具有吸附量低、吸附后不易材料分离、只能吸收紫外光等缺点,需与其他材料进行复合来提高其性能。主要介绍了二氧化钛与一些聚合物材料的复合材料及用于去除无机和有机污染物的研究进展。     

TiO_2/Mg(OH)_2复合材料对有机污水中甲基橙的光催化降解动力学的研究

采用溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2,并以TiO2和镁盐溶液为前驱物用氨气鼓泡法制得了TiO2/Mg(OH)2复合材料.利用氢氧化镁在水溶液中较强的吸附能力和TiO2对有机物的催化降解作用,研究TiO2/Mg(OH)2复合材料对有机污水中的甲基橙暗反应吸附规律和光反应催化降解性能.结果表明:当TiO2/Mg(OH)2加入量为1 g·L-1时,在可见光下照射180 min后,对有机污水中含20 mg·L-1的甲基橙的降解率达到98.00%,同时在同等条件下选用国家标准(30 mg·L-1亚甲基蓝溶液)作为参照时,降解率可达99.20%.TiO2/Mg(OH)2复合材料对污水中甲基橙的催化降解反应较好地符合Langmuir动力学模型,可用一级反应动力学方程进行描述.     

过渡金属有机框架结构构件及电解水研究进展

金属有机框架(MOF)材料由于其比表面积大、孔隙率高、结构可调控和单分散的活性中心等特性,在吸附分离、气体储存和电催化等领域具有巨大的应用前景,其中,在催化领域的应用尤为突出.目前,利用传统方法所制备的MOF虽然含有具有催化活性的金属,但是MOF中的金属位点通常和有机配体相结合,无法很好的暴露出来,导致在催化过程中表现...     

基于金属有机骨架材料的电阻传感器在检测VOCs中的应用

化学电阻传感器由于其结构简单、分析快速等特点在众多气体传感方式中脱颖而出,因此成为了目前应用广泛的传感器类型。其中,用于检测挥发性有机化合物（VOCs）的电阻传感器中敏感材料对气体的选择性吸附和相应的检测至关重要,此外也需要一些额外措施保证检测的选择性。因此,传感材料的比表面积、孔尺寸、功能官能团以及辅助材料等决定了传感器的响应程度、选择和敏感程度。金属有机框架材料（MOF）是一类新型的有机?无机杂化材料,具有丰富多孔、高比表面积、结构多样性、化学稳定性良好等特点,除此以外一些MOF衍生物也具有比表面积大、导电性良好等特点,因此MOF及MOF衍生物已在气体传感器中得到广泛研究和应用。基于化学电阻传感器基本原理、MOF及MOF衍生物在电阻传感器检测挥发性有机化合物中起到的作用、原理、及其应用,对其发展前景和面临的挑战进行了展望。      

Rare earth oxides and their supported noble metals in application of environmental catalysis

Volatile organic compounds(VOCs),methane,carbon monoxide,soot,automotive exhaust,and nitrogen oxides are harmful to the atmosphere and human health.It is urgent to strictly control their emissions.Heterogeneous catalysis is an effective pathway for the removal of these pollutants,and the critical issue is the development of novel and high-performance catalysts.In this review,we briefly summarize the preparation methods,physicochemical properties,catalytic activities,and related reaction mechanisms for the above pollutants removal of the rare earth oxides,mixed rare earth oxide,rare earth oxidesupported noble metal,and mixed rare earth oxide-supported noble metal catalysts that have been investigated by our group and other researchers.It was found that catalytic performance was associated with the factors,such as specific surface area,pore structure,particle size and dispersion,adsorbed oxygen species concentration,reducibility,reactant activation ability or interaction between metal nanoparticles and support.Furthermore,we also envision the development trend of such a topic in future work.     

金属有机骨架（MOFs）/纤维材料用于电阻式气体传感器的研究进展

总结了将MOFs材料与金属氧化物、纺织品以及碳基导电纤维材料相结合,并在电阻式气体传感器领域的研究与应用。其中金属氧化物结合MOFs过程中,MOFs主要有两个作用:一是作为分散剂提高金属氧化物的分散性;二是利用MOFs本身具有较大的比表面积和大量的活性位点,来提高材料对于气体分子的吸附量和选择性。当纺织品与MOFs结合的过程中,由于纺织品的导电性相对较差,所以需要结合一些导电性及气体选择性较好的MOFs来作为传感器。碳基导电纤维一般具有较好的机械性能和导电性能,因此将其与MOFs材料复合后用于柔性电阻气体传感器具有一定的优势。      

面向钢铁烧结烟气NOx吸附净化的吸附剂特性

吸附法是有望同时实现烟气NO_x超低排放深度净化与资源化的关键技术,高效NO_x吸附剂是其核心关键,然而目前针对满足应用需求的NO_x吸附剂仍缺乏系统认识。本文基于烟气NO_x净化效率及材料热稳定性实际需求,分析挑选了沸石、金属氧化物、硅铝胶等代表性吸附剂,研究了NO_x在各吸附剂上的吸附穿透、吸附量、程序升温脱附等关键特性,结合吸附剂孔道特性对比发现,中低硅H-ZSM-5沸石兼具较高NO_x净化深度、NO_x吸附量、较低脱附温度且可获得更易于资源化的NO_x解吸气,因而可作为优选NO_x吸附剂。进一步地,随着吸附温度升高,硅铝比(w(SiO₂)/w(Al₂O₃) )为25、38的H-ZSM-5的NO_x吸附量均降低,其中低硅H-ZSM-5的NO_x吸附量较高,但吸附传质系数较低。本文可为烟气NO_x吸附净化的效益环保技术提供指导。      

二维光催化材料研究进展

以石墨烯为代表的二维材料因其厚度尺寸和层状结构特点,表现出许多独特的物理化学性质,比如导电率高、化学性质稳定以及比表面积大等特点,在环境、材料、能源和催化领域具有广泛的应用前景.而二维材料与半导体复合,不仅可以拥有单个组分的优势,而且每种组分之间的相互作用还可能会引起本征性能的协同增强,因此二维材料-半导体复合光催化剂...     

Molten salt synthesis of Z-scheme CeO2/C3N4 photocatalysts with excellent properties for removal of organic pollutants: Characterization,kinetics and mechanisms

In this work,we firstly synthesized a CeO₂/C₃N₄ photocatalyst with Z-scheme heterojunction by a facile LiC-KCI molten salt method.The synthesized catalyst has an excellent quality for removing organic pollution of dyes and antibiotics in wastewater.As an example,the CeCN-1:5 prepared with a mass ratio of Ce₂(CO₃)₃·xH₂O:C₃H₃N₆=1:5 exhibits a methylene blue(MB) removal capacity of 100%with...     

制备类石墨相氮化碳多孔光催化剂的模板法发展

氮化碳作为一种具有高催化性能的光催化剂,具有无毒无害,自然环境下稳定的性质,在水解制氢气氧气以及降解有机污染物领域得到了广泛的关注. 其中类石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因其特殊的片层结构而具有较高比表面积,常配合孔结构的构造,提供光生载流子及反应物质的运输通道以及大量活性位点用于氧化还原反应,是具有高光电性能的一种光催化剂.制备该种催化剂孔结构的方法有硬模板法,软模板法与非模板法,其中硬模板法需要在实验后除去模板,软模板法的模板会随着高温除去,非模板法的制备过程没有模板的参与。本文根据近年文献的整理,着重阐述和比较各制备方法的优劣,结合常用的修饰手段总结各制备方法的变化趋势和发展方向,并对后续研究中制备方法的使用前景做出判断.