光催化降解甲基橙及强化工艺研究进展

对光催化降解甲基橙(MO)过程中催化剂、反应器、影响因素、提高光催化反应效率措施4个方面进行综述，重点总结不同催化剂对MO降解率的影响及光催化反应器的研究进展。提高光催化降解MO的关键在于催化剂表面电子-空穴的分离、转移效率以及反应器光源与溶液光透过率的匹配。据此，将现有提高光催化降解MO措施分为3类：(1)优化催化剂捕获光的能力；(2)优化反应器内光源点布置；(3)改善催化剂负载方式，提高催化剂比表面积和表面微流动特性。最后，提出提高光催化效率需从光源分布与溶液的透光性不匹配的矛盾入手，以“光均匀分布”为原则优化反应器光源布置，提高吸光过程和催化过程的协同性。     

AgBr/Ag_3PO_4的制备及光催化性能研究

以Ag3PO4为前体,采用原位离子交换法制备了Ag Br/Ag3PO4光催化剂,以甲基橙为模型污染物,研究了其可见光催化降解性能。考察了物料配比、甲基橙初始质量浓度和催化剂用量对光降解的影响,以及材料的循环使用性及降解机理。结果表明:复合催化剂对甲基橙的降解性能优于Ag3PO4,物料比为1∶1时所得催化剂的性能最好。在甲基橙为5 mg/L、催化剂用量为2 g/L时,光照30 min降解率可达96%以上。该复合催化剂可重复使用。空穴和羟基自由基是该光降解反应中的主要活性物种。     

绿色纳米零价铁为催化剂的类芬顿法降解甲基橙

利用葡萄籽提取液合成纳米零价铁(GS-nZVI),作为类芬顿反应体系的催化剂,用于降解水中甲基橙(MO)。考察溶液pH值(3～11)、反应温度(25～40℃)、MO初始浓度(50～200 mg/L)以及H_2O_2加入量(浓度为5%～30%)对其降解效果的影响。结果显示:随pH的降低、温度的升高、初始浓度的减小,MO的降解率增大;研究范围内,H_2O_2浓度为10%时,MO的降解效果最佳。在不调节pH(pH=6.8),其他条件相同时,GS-nZVI/H_2O_2类芬顿体系对MO的降解效果明显优于传统芬顿法。采用拟一级和伪二阶动力学模型,研究了类芬顿体系对MO的降解过程。拟一阶模型(r~2=0.907 9～0.969 0)和伪二阶模型(r~2=0.938 7～0.961 0)均能很好地描述GS-nZVI为催化剂的类芬顿法降解MO的行为,说明降解是氧化还原与吸附共存的过程,表观活化能(E_a=45.65 kJ/mol),表明降解是受表面控制;其中吸附过程与伪二级吸附模型关联性更高,表明吸附以化学吸附为主。热力学分析结果表明,降解为自发的吸热过程。降解过程中紫外-可见吸收光谱的变化,显示GS-nZVI/H_2O_2类芬顿法能够有效降解MO。     

绿色纳米零价铁为催化剂的类芬顿法降解甲基橙

利用葡萄籽提取液合成纳米零价铁(GS-nZVI),作为类芬顿反应体系的催化剂,用于降解水中甲基橙(MO)。考察溶液pH值(3～11)、反应温度(25～40℃)、MO初始浓度(50～200 mg/L)以及H_2O_2加入量(浓度为5%～30%)对其降解效果的影响。结果显示:随pH的降低、温度的升高、初始浓度的减小,MO的降解率增大;研究范围内,H_2O_2浓度为10%时,MO的降解效果最佳。在不调节pH(pH=6.8),其他条件相同时,GS-nZVI/H_2O_2类芬顿体系对MO的降解效果明显优于传统芬顿法。采用拟一级和伪二阶动力学模型,研究了类芬顿体系对MO的降解过程。拟一阶模型(r²=0.907 9～0.969 0)和伪二阶模型(r2=0.907 9～0.969 0)和伪二阶模型(r²=0.938 7～0.961 0)均能很好地描述GS-nZVI为催化剂的类芬顿法降解MO的行为,说明降解是氧化还原与吸附共存的过程,表观活化能(E_a=45.65 kJ/mol),表明降解是受表面控制;其中吸附过程与伪二级吸附模型关联性更高,表明吸附以化学吸附为主。热力学分析结果表明,降解为自发的吸热过程。降解过程中紫外-可见吸收光谱的变化,显示GS-nZVI/H_2O_2类芬顿法能够有效降解MO。     

AgBr/Zn_3(OH)_2V_2O_7·2H_2O可见光催化降解亚甲基蓝溶液

采用水热和沉淀两步合成法制备AgBr/Zn_3(OH)_2V_2O_7·2H_2O催化剂,研究其在可见光下降解亚甲基蓝溶液的性能,并考察催化剂用量、亚甲基蓝溶液初始浓度、p H值以及盐浓度对光催化性能的影响,评价AgBr/Zn_3(OH)_2V_2O_7·2H_2O催化剂的重复使用性能。结果表明,在前驱液pH为10、120℃水热10 h、Ag与Br物质的量比为0. 20条件下制备的复合催化剂在可见光下反应120 min后,1. 0 g·L~(-1)的催化剂对10 mg·L~(-1)的亚甲基蓝溶液脱色率达到85. 2%。NaCl对亚甲基蓝的降解起抑制作用,Na_2SO_4对亚甲基蓝的降解起促进作用。催化剂重复使用4次后,光照120 min后的亚甲基蓝溶液脱色率可达66. 4%。催化剂对不同初始浓度亚甲基蓝溶液的光催化降解符合一级动力学模型。     

AgBr/Zn3(OH)2V2O7·2H2O可见光催化降解亚甲基蓝溶液

采用水热和沉淀两步合成法制备AgBr/Zn₃(OH)₂V₂O₇·2H₂O催化剂,研究其在可见光下降解亚甲基蓝溶液的性能,并考察催化剂用量、亚甲基蓝溶液初始浓度、pH值以及盐浓度对光催化性能的影响,评价AgBr/Zn₃(OH)₂V₂O₇·2H₂O催化剂的重复使用性能。结果表明,在前驱液pH为10、120 ℃水热10 h、Ag与Br物质的量比为0.20条件下制备的复合催化剂在可见光下反应120 min后,1.0 g·L^-1的催化剂对10 mg·L^-1的亚甲基蓝溶液脱色率达到85.2%。NaCl对亚甲基蓝的降解起抑制作用,Na₂SO₄对亚甲基蓝的降解起促进作用。催化剂重复使用4次后,光照120 min后的亚甲基蓝溶液脱色率可达66.4%。催化剂对不同初始浓度亚甲基蓝溶液的光催化降解符合一级动力学模型。     

可见光响应的壳-核结构Ag/AgCl光催化剂性能

利用光化学还原法制备了Ag/AgCl壳-核结构的复合纳米粒子,以亚甲基蓝为模型降解物,研究了其可见光催化性能。结果表明,壳-核结构的Ag/AgCl纳米材料具有表面等离子效应,提高了其对可见光吸收和光催化活性。在可见光照射下,亚甲基蓝溶液浓度为10 mg·L^-1,催化剂用量10 mg·L^-1,光照60 min,亚甲基蓝降解率达95%,COD去除率为92%。     

ZnO光催化处理水中Cr(Ⅵ)-MO污染物的应用研究

本文探究六方晶系ZnO紫外光催化降解水中甲基橙以及MO+Cr(Ⅵ)的混合溶液,考察ZnO紫外光催化处理中MO的循环稳定性、污染物的浓度、催化剂的用量等影响因素。实验结果表明,400mg的ZnO对20mg·L~(-1)的MO具有最高的催化效率,ZnO经过5次循环利用后,对20mg·L~(-1)的MO的降解率依然高达83.4%。光生载流子的充分利用及有效分离,使得ZnO对MO+Cr(Ⅵ)混合溶液具有较好的光催化效率。     

基于MOF制备铜碳复合材料及其对甲基橙的降解

以对苯二甲酸和三水合硝酸铜为原料,采用溶剂热法合成金属骨架材料Cu-MOF,以其作为前驱体,在氮气氛围下经过不同温度焙烧得到了铜碳复合材料Cu-MOF-θ(θ=700、800、900、1000℃)。通过XPS、SEM和BET分析了Cu-MOF-θ的微观结构和形貌;考察了Cu-MOF-θ作为类芬顿非均相催化剂催化降解甲基橙(MO)模拟废水的特性,优化了pH、初始MO质量浓度并探讨了Cu-MOF-800的循环使用性。结果表明,Cu-MOF-θ样品为以Cu、C、O为主的多孔片层状结构,尺寸随焙烧温度升高而减小。其中,Cu-MOF-800具有最大的比表面积、孔体积和n(Cu~+)/n(Cu~(2+));在H_2O_2浓度12 mmol/L、催化剂质量浓度1 g/L、反应温度50℃、溶液pH=3、MO质量浓度200 mg/L的条件下,Cu-MOF-800对MO降解效率最好,经过60 min反应,MO的降解率达到99%以上;经过4次循环使用后,Cu-MOF-800的降解率仍然保持在96%以上。     

双效功能型复合光催化剂Ag/TiO2/AC的制备及光催化活性

以硝酸银、四氯化钛及活性炭为原料,采用溶胶-凝胶法和浸渍法制备了3种复合光催化剂。通过TEM、XRD、BET和UV-Vis光谱对复合光催化剂的形貌、物相组成、比表面积和吸光性能进行了表征,并以甲基橙的脱色降解为模型反应,考察了样品的光催化性能。结果表明:其光催化活性大小顺序为Ag/Ti O2/ACAg/Ti O2Ti O2,其中,Ag/Ti O2/AC由于具有895.21 m2/g的比表面积和Ag的负载改性而具有吸附、光催化双效功能,且对光的吸收扩展到可见光区,对甲基橙的最大降解率能达到95.2%。催化剂连续重复使用5次,Ag/Ti O2/AC对甲基橙溶液的脱色降解率均保持在90%以上。     

一步溶剂热法合成溴化银/磷酸银复合催化剂及其可见光催化性能

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为溴源,以乙二醇和水为混合溶剂,采用溶剂热法一步合成溴化银/磷酸银(Ag Br/Ag3PO4)复合物。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、荧光分光光度计(PL)等方法对复合物的结构和形貌进行分析。以水中微污染物甲基橙(MO)的降解效果来评价溴化银/磷酸银复合物的可见光催化活性及光催化降解机理。结果表明,在可见光照射8 min后,0.08 g的溴化银/磷酸银复合物(溴与磷的质量比为40%)对甲基橙溶液(200 m L,8 mg/L)的降解率达到99.52%,是相同条件下以纯水为溶剂制备复合物样品对甲基橙降解率的1.8倍,且循环使用3次后还具有高的稳定性。在光催化降解过程中,溴化银和磷酸银的光生电子-空穴对有效分离,同时负载在溴化银和磷酸银表面的银纳米粒子可作为电子捕获陷阱使得溴化银/磷酸银具有高的催化活性。     

层状材料LDH-[SiW_(11)Cr(H_2O)O_(39)]~(5-)光催化降解甲晶紫的研究

采用离子交换法制备了具有Keggin结构杂多阴离子层状材料LDH-[Si W11Cr(H2O)O39]5-。以层状材料LDH-[Si W11Cr(H2O)O39]5-为催化剂,研究了在紫外光照射下,对甲基紫的光催化降解,讨论了溶液的酸度、溶液的初始浓度以及催化剂投加量等对甲基紫溶液脱色效果的影响。结果表明:当催化剂加入量为3 mg,甲基紫的初始浓度为15 mg/L,溶液p H为6时,脱色率可达到82.53%。     

PW_(12)/SnO_2复合光催化剂降解亚甲基蓝废水的研究

以PW_(12)/Sn O_2为光催化剂,研究了其对亚甲基蓝染料废水的降解性能,考察了亚甲基蓝溶液的p H值、PW_(12)/Sn O_2的用量和催化剂种类等条件对亚甲基蓝光催化降解的影响。结果表明,当催化剂的用量为100 mg/L,p H值为3,亚甲基蓝溶液的质量浓度为10 mg/L时,在15W紫外灯照射下,亚甲基蓝的降解率为95.9%。     

纳米银/偕胺肟纤维的制备及其对活性黄光催化降解性能研究

以偕胺肟纤维(AOCF)为载体与AgNO3通过配位反应,再经水合肼还原制备纳米银/偕胺肟纤维(Ag/AOCF)。用扫描电镜观察纤维表面形貌。以Ag/AOCF为光催化剂,活性黄为降解对象,研究了Ag/AOCF的制备工艺和光催化降解反应的条件对降解率的影响,并考察了催化剂的重复使用与再生。结果表明,在硝酸银浓度为0.010 mol/L、配位反应时间为40 min、pH=3.0条件下制备的催化剂对活性黄的光催化降解效率最佳;当活性黄溶液的pH=3.0、太阳光光源、催化剂用量为0.25 g/L时催化降解活性黄,降解效率能达到95.7%,且催化剂在重复使用了4次后,其对活性黄的光催化降解效率仍能保持在80%以上。用四氢呋喃再生后可重复使用。     

两步法制备亚胺类COF-Re及其光催化应用研究

采用两步法制备亚胺类COF-Re光催化剂，利用SEM、XRD和TGA等手段对COF-Re进行表征，并通过光催化降解甲基橙(MO)评价其光催化性能。结果表明，COF-Re具有良好的结晶度、规整的形貌和高比表面积。COF-Re质量浓度为150 mg/L、初始pH为4.5、模拟可见光照射120 min时，MO降解率达到98.1%。COF-Re重复使用3次，MO降解率仍达到88.5%,表现出较高的催化活性。降解机理研究表明，·O^-₂是降解MO的主要活性物质。     

有机污染物的脱色率与COD值的关系研究

采用阳极氧化法制备了TiO2纳米管阵列电极,采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X-射线衍射(XRD)对电极的表面形貌和晶型进行了表征,并以其为阳极对模拟染料废水甲基橙(MO)和亚甲基蓝(MB)溶液进行电化学氧化降解。研究了MB溶液的电化学氧化降解反应动力学,考察了MO和MB溶液脱色率与COD值之间的关系。结果表明,MB溶液在TiO2纳米管阵列电极表面发生电化学氧化降解反应动力学为一级反应;MO和MB溶液的脱色率与其COD值之间均呈良好的线性关系,可通过测定溶液脱色率来了解COD值的去除情况。     

壳聚糖负载铜催化剂制备及其对甲基橙降解

以壳聚糖(CS)为原料、通过浸渍法,制备壳聚糖负载铜催化剂,通过傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TG)等对其进行表征,结果表明:通过浸渍成功制备了壳聚糖负载铜催化剂,且该催化剂在NaBH4存在条件下,催化降解甲基橙(MO)染料,且在4 min时,降解率高达94％,且在循环使用5次后降解率仍高达88％.     

Ag辅助构建TiO_2/BiPO_4及其光催化性能研究

以硝酸铋、磷酸二氢钠、钛酸丁酯和氧化银为原料,采用溶胶-凝胶法和高温煅烧法制备了Ag/TiO_2/BiPO_4光催化剂,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等进行表征。以亚甲基蓝为降解物,研究了催化剂的光催化降解性能,并利用捕获实验探究其光降解反应机理。结果表明,异质结的构建可延长可见光响应范围,降低光生电子-空穴对的复合率。主要活性物质为h⁺和·O+和·O^(2-)。在催化剂质量为1.0 g/L、亚甲基蓝初始浓度50 mg/L、pH=4、降解30 min时,亚甲基蓝的降解率可达99.34%。     

MIL-101（Fe）光催化材料的制备及性能研究

利用溶剂热法制备了MIL-101(Fe)材料,通过扫描电镜表征了材料的形貌。采用光催化实验,以亚甲基蓝作为指示剂,探究了亚甲基蓝浓度,催化剂用量和时间三个因素对材料的降解率的影响,分析了以MIL-101(Fe)进行光催化降解的最佳条件,并在暗室和紫外光照环境下进行了空白试验和对照实验。结果表明,制备的材料拥有金属介空结构的微观结构和特殊形貌,形成了多级结构。在6 mg/L的亚甲基蓝溶液中,当MIL-101(Fe)用量为1 g/L,降解时间为210 min时,降解率可达最大值92.5%。空白试验和对照实验结果表明,亚甲基蓝溶液的自降解率为7.025%,MIL-101(Fe)对亚甲基蓝的吸附率为34.1%,即MIL-101(Fe)的实际光催化效率为51.375%。该结果表明MIL-101(Fe)具有较好的光催化性能,其在有机污染物的降解等环境保护方面有着极大的应用潜力。     

光催化还原法制备载Ag光催化剂

采用光催化还原法在大颗粒负载型TiO2表面上制备了负载型Ag/TiO2光催化剂。以对甲基橙溶液的降解活性为研究对象，考察了光催化剂制备过程中AgNO3溶液浓度，还原反应气氛，还原反应时间，反应液pH值，EDTA的加入等反应条件的影响。研究了光催化还原法制备载Ag催化剂的可行性，得出光催化还原法的优化制备条件。