海藻基CDs-Cu-TiO2复合材料的制备及其光催化性能

光催化降解技术能够高效去除废水中的有机污染物, 具有广阔的应用前景。本研究以海藻为碳源, 采用微波水热法制备海藻基碳量子点(CDs), 并进一步合成CDs-Cu-TiO₂复合材料作为可见光催化剂用于污染物降解。结果表明, 复合材料中CDs、Cu²⁺与TiO₂紧密结合在一起, 可见光区吸收明显增强, 荧光发射效率降低。CDs与Cu²⁺的引入产生协同效应, 使复合材料的禁带宽度降低到2.35 eV, 并有效抑制了电子-空穴的复合。以罗丹明B为污染物模型的光催化性能实验显示, 海藻基CDs-Cu-TiO₂复合材料在可见光照射下降解RhB的一级反应速率常数能够达到纯TiO₂纳米颗粒的6.4倍, 150 min降解率接近100%, 是TiO₂纳米颗粒的2倍。     

微波辅助制备TiO2光催化剂及应用的研究进展

微波作为一种新型高效的加热制备技术,在材料化学领域中表现出清洁、高效、耗能少、收率高以及选择性好等优点,使其在材料制备等领域得到了广泛的应用。TiO₂由于具有高催化活性、无毒、化学物理性质稳定等优点,在降解环境中的污染物方面受到了极大的关注。将微波加热技术应用在制备TiO₂光催化剂中,可减少热处理时间,降低成本,并有效减少TiO₂材料的团聚现象,得到了更加均一的产品。综述了近几年来微波辅助制备TiO₂光催化剂的5种制备方法：微波水热法、微波溶胶-凝胶法、微波液相沉积法、微波干燥法、微波微乳液法,及其光降解有机污染物中的应用,旨在为促进微波加热技术在TiO₂光催化剂领域中的应用发展提供参考。     

TiO2纳米管阵列的制备、改性及应用

TiO₂纳米管阵列是一种比表面积大、光电催化性能高效稳定、成本低廉、无毒的新型半导体材料，在光催化降解污染物、光解水制氢和新能源电池等领域有着广阔的应用前景。但由于TiO₂禁带宽度大，只能吸收紫外光，可见光利用率低，因此要对TiO₂纳米管进行改性，拓宽其光谱吸收范围，提高其光电转换效率。综述了近年来TiO₂纳米管阵列的制备、改性及应用等方面的研究进展。     

TiO2-g-C3N4-Bi2O3复合异质结构催化材料在水处理中的应用

异质结光催化材料在降解有毒有害污染物方面体现出优良的效果。以苯酚有机废水作为研究对象,球磨法所制备的TiO₂-g-C₃N₄和TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃两种光催化材料作为实验材料,探究不同光源条件下TiO₂-g-C₃N₄、TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃的光催化特性及其对苯酚废水处理效果。结果表明,在可见光和紫外光单独照射条件下,三元体系的TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃均比TiO₂-g-C₃N₄具有更高的光催化活性,并且可见光条件下,TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃比TiO₂-g-C₃N₄的优势更明显;在可见光和紫外光同时照射时,TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃、TiO₂-g-C₃N₄对苯酚废水的降解效率分别达到99.44%、96.67%。表征结果表明,Bi₂O₃的掺杂有效地增强了催化剂在全光谱范围内对光的吸收,并且三元体系的构建有效地促进了光生电子与空穴的分离。研究结果表明,通过简单可控的球磨-微波加热-煅烧工艺,可以实现TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃的制备,并且证实了TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃材料在有机废水处理方面的良好前景。      

“三明治”双极膜的制备及其在降解含酚废水中的应用

纳米TiO₂上负载纳米Pt以制备纳米Pt/TiO₂半导体光催化剂, 壳聚糖(CS)经纳米Pt/TiO₂改性后作为阴膜层材料, 以羧甲基纤维素(CMC)作为阳膜层材料, 分别用戊二醛与FeCl₃对阴、阳膜层进行交联改性, 制备了CMC-Pt/TiO₂-CS双极膜, 并将该复合膜作为降解高浓度含酚废水电解槽的隔膜。结果表明: Pt/TiO₂光催化剂可促进双极膜中间层水的解离, 大大降低双极膜的膜阻抗和电阻电压降(IR降); 同时, Pt/TiO₂光催化剂表面生成的羟基自由基(·OH)可直接作用于苯酚, 使其彻底降解成无机小分子; 紫外光照下在16.7 mA·cm^-2的电流密度下电解高浓度含酚废水80 min后, CMC-Pt/TiO₂-CS 双极膜的苯酚降解率比CMC-TiO₂-CS 双极膜的苯酚降解率高12.7%; 整个电解过程CMC-Pt/TiO₂-CS 双极膜的膜电阻电压降保持在0.9 V。     

玻璃固载TiO2/纳米纤维素复合薄膜的制备及其光催化性能

将微晶纤维素溶解于NaOH-尿素的低温溶液中形成纤维素溶液, 在水浴中再生形成纳米纤维素溶液。然后将纳米纤维素溶液与TiO₂(P25)混合, 并添加少量的钛酸正丁酯作为交联剂形成复合溶液。将制备得到的复合溶液通过流延法固载到玻璃片表面形成玻璃固载的TiO₂/纳米纤维素复合膜。通过SEM、XRD表征了复合膜的形貌与结构。将玻璃固载的TiO₂/纳米纤维素复合膜在紫外光下进行光催化降解甲基橙(MO)以评估复合膜的光催化性能, 研究了纳米TiO₂含量对复合膜光催化性能的影响, 复合膜的重复使用性能以及光降解的动力学过程。结果表明: 复合膜对MO的光催化降解能力可达90%以上, 与纯TiO₂粉末相当, 并重复使用3次光催化性能基本保持不变。复合膜对甲基橙的降解动力学符合一级动力学特征。当纳米TiO₂相对于纤维素的质量分数为33.3%时, 光催化活性最高, 动力学速率常数为0.035 min^-1。     

量子点/TiO2复合光催化材料的研究进展

近年,光催化技术已被广泛应用于污水处理、CO₂还原、制氢等多个领域。在光催化材料中,TiO₂由于具有化学稳定性高、来源广泛、价格低廉等优点,应用最广泛。但较宽的带隙及较高的电子及空穴复合效率使TiO₂的光催化性能受到极大限制。量子点(QDs)作为一种受量子约束效应影响的纳米尺度粒子,具有载流子易调控和表面位点丰富等优势。因此,研究人员采用不同方法将TiO₂与QDs复合,以增强TiO₂的光催化性能,获得了系列具有优异光催化性能的QDs/TiO₂复合光催化材料。本文主要综述了QDs/TiO₂复合光催化材料的研究进展。首先,阐述了QDs/TiO₂复合光催化材料的制备方法,并就QDs对TiO₂光催化性能的增强机制进行了剖析;然后,总结了QDs/TiO₂复合光催化材料在有机污染物降解、制氢及CO₂还原方面的应用研究进展;最后,围绕QDs/TiO₂复合光催化材料现阶段研究中的关键问题及未来的研究前景进行了展望。      

TiO2基异质结光催化剂应用于有机污染物降解的研究进展

光催化技术具有绿色、清洁、环境友好等优点，被广泛应用于降解水体中的有机污染物。其中，TiO₂光催化剂由于其独特的优势，被认为是一种十分具有前景的光催化剂。然而，其本身存在着带隙能较宽可见光响应不足与载流子复合几率高等缺点导致光催化活性受限。为解决以上问题，TiO₂与异质结的结合引起了研究者的兴趣。并且采用一定的改性手段制备的非常规TiO₂基异质结，具有很高的光催化降解能力。但这些新型光催化剂在实际应用中仍具有极大的挑战，例如成本较高、稳定性较差以及副产物毒性风险高等等。基于此，对现有TiO₂基异质结的相关研究进行了系统全面的综述，以期为后续研究提供一定的理论支持。     

CWPO处理含酚废水催化材料与反应机理研究进展

酚类污染物是常见的有机污染物之一,含酚废水处理难度大、毒性强,对自然环境与人类健康具有严重危害。催化湿式过氧化氢氧化技术(CWPO)以H₂O₂为氧化剂,利用催化剂催化产生·OH强氧化性自由基,可去除水中难降解有机污染物。介绍了CWPO非负载与负载型催化剂在含酚废水中的应用情况,负载型催化剂更具应用前景。利用密度泛函理论(DFT)分析了苯酚、间甲酚污染物主要降解途径,降解含酚废水是通过体系中·OH逐步改变苯环稳定结构形成苯醌类中间体,该中间体C-C断裂开环形成短链羧酸,最终完全矿化为CO₂和H₂O。未来可从制备稳定环保催化剂、分析实际废水降解机制方面展开研究,以发挥CWPO在含酚废水中的应用潜力。     

腐植酸对纳米TiO2催化降解土壤中萘和菲的影响

化石燃料的采输和使用致使土壤中多环芳烃类污染物持续增加，影响了农作物的生长并威胁人类健康。腐植酸(HA)作为土壤中的有机质，含有多种官能团，在光催化降解有机污染物中具有敏化或抑制作用。将HA与TiO₂以不同质量比进行复配制备了复合催化材料，考察了材料组成、pH、光源等因素对多环芳烃降解率的影响。采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对降解情况进行定量分析，结合傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪分析了HA影响TiO₂降解作用的机理。结果表明：复合催化材料有利于提高萘和菲的降解率，萘和菲的降解率分别为72.1%和83.3%;HA与纳米TiO₂之间产生了静电作用以及配合作用，提高了TiO₂表面的催化反应位点。     

基于C-TiO2@Fe3O4/AC的光催化耦合臭氧氧化技术对水体中苯胺的降解

苯胺是一种典型的有毒污染物，在工业废水中较为常见，而常规处理技术对其处置效果不佳。光催化耦合臭氧高级氧化技术因为高效快速，具有广泛的应用前景，可以作为有毒有机污染物的处置手段之一。通过制备了一种C改性TiO₂负载磁性活性炭(C-TiO₂@Fe₃O₄/AC)催化剂，考察了其光催化耦合臭氧氧化处理苯胺的效果。研究结果表明，运行30min后即可达到95%以上的降解效率，苯胺去除率和反应效率均高于普通的C-TiO₂和Fe₃O₄/AC催化剂。     

水溶性TiO2离子液体纳米杂化材料的制备与应用

TiO₂纳米颗粒具有较强的氧化性, 作为光催化剂, 可以在阳光照射下减少或消除有机污染物。为提高TiO₂纳米颗粒分散性和溶解性, 研究其在不同领域, 特别是环境保护领域的应用, 本实验室用两步法制备得到黄色透明的水溶性TiO₂离子液体纳米杂化材料。在这个杂化体系中,有机磺酸基团作为冠层可以提供“自溶剂”成为TiO₂纳米粒子的分散体。分散实验表明：TiO₂离子液体纳米杂化材料表面的水溶性有机物在水中具有良好的溶解性, 容易去除, 可应用于家居装饰表面。光催化降解甲醛的研究表明：TiO₂离子液体纳米杂化流体具有良好的光催化性能。水溶性TiO₂离子液体纳米杂化材料有望成为未来环境保护的发展方向。     

离子液体掺杂金属Ru改性TiO2光催化材料的制备及性能研究

准备实验材料与实验仪器设备，制备0、0.1%、0.3%的TiO₂光催化材料，将其标注为纯TiO₂、0.1%浓度Ru的TiO₂、0.3%浓度Ru的TiO₂,测试金属Ru对TiO₂孔径的影响、改性TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收性能和光催化反应性能。结果表明：改性TiO₂光催化材料属于介孔类材料，当金属Ru掺入浓度较低时，TiO₂材料性能不会受到影响，随着金属Ru掺入浓度增加，改性TiO₂光催化材料的体积/孔径比增加；TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收性能、光催化降解与离子液体掺杂金属Ru浓度具有正相关关系，离子液体掺杂金属Ru浓度的不断增加，改性TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收能力与光催化降解率随之增加。     

TiO2/Cu复合材料的光催化降解和抗菌性能研究及机理分析

将钛酸丁酯的水解物与铜离子复合，利用超声水热法制备了TiO₂/Cu复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、热重分析仪(TG)、激光粒度分布仪(LPSA)、X射线衍射仪(XRD)对TiO₂和TiO₂/Cu复合材料的粒径、热稳定性、晶型和分散行为等性能进行测试。研究了TiO₂和TiO₂/Cu复合材料对有机污染物的光催化降解性能。结果表明：对比模拟太阳光、自然光和无光照环境下，TiO₂/Cu复合材料对有机污染物有很好的光催化降解效率。TiO₂和TiO₂/Cu复合材料对大肠杆菌也具有较好的抗菌和抑菌性能。     

介孔电气石/TiO2复合材料的制备及其模拟太阳光光催化性能

采用一步溶胶-凝胶共缩合结合溶剂热合成技术制备出一系列介孔电气石/TiO₂复合材料,表征了复合材料的相结构、形貌、孔隙率、光吸收性质以及组成结构.结果表明:制备的电气石/TiO₂复合材料具有纯锐钛矿晶相、均匀的介孔结构、较大的比表面积(205~242 m²·g^-1)、均匀的孔径分布(3.4~3.8 nm)以及较低的带隙能(3.0 eV).在模拟太阳光照射下,电气石/TiO₂复合材料可以被成功地应用于水中有机污染物罗丹明B和诺氟沙星的降解.降解动力学研究表明:电气石的掺杂提高了TiO₂的光催化量子效率,降低了TiO₂的带隙能.对罗丹明B的降解,电气石掺杂量为1wt%~5wt%的电气石/TiO₂复合材料表现出比纯TiO₂更高的降解速率,对诺氟沙星的降解,电气石/TiO₂复合材料的降解速率高于纯TiO₂的.     

Ce-La-Ag共掺杂TiO2/玄武岩纤维复合光催化剂的制备和性能

以玄武岩纤维(BF)为载体,用溶胶凝胶法将Ce-La-Ag共掺TiO₂负载于BF上制备出Ce-La-Ag共掺杂TiO₂/玄武岩纤维复合光催化剂。用光催化降解氨氮废水,研究了烧结温度和废水的pH值对Ce-La-Ag-TiO₂/BF光催化活性的影响。结果表明：Ce-La离子与纳米Ag颗粒的协同作用使TiO₂的禁带宽度由3.2 eV降至2.15 eV。Ce-La-Ag-TiO₂的光催化活性优于纯TiO₂、Ag-TiO₂和Ce-La-TiO₂,负载到BF使其光催化活性进一步提高。当复合光催化剂的烧结温度为600 ℃、氨氮废水的pH值为10.5、模拟可见光的照射时间为360 min时,Ce-La-Ag-TiO₂/BF对氨氮废水重复降解5次的降解率仍高于88.2%。     

纳米TiO2 / 再生纤维素复合薄膜的制备及光催化性能

在1-烯丙基-3-甲基咪唑氯室温离子液体中, 将纳米TiO₂粉末与纤维素浆粕进行溶液共混, 所得纤维素用水再生后, 经过超临界CO₂干燥处理, 制备了不同TiO₂ 含量的纳米TiO₂ / 再生纤维素复合膜。通过扫描电子显微镜(SEM) 、X 射线衍射(XRD) 、傅立叶变换红外光谱( FTIR) 对所得薄膜的形貌、结构进行表征。利用PCC-2 型光催化活性检测仪测试薄膜在紫外光下光催化降解亚甲基蓝的能力, 评价薄膜的光催化活性。讨论了纳米TiO₂ 含量、超临界CO₂ 干燥和真空干燥对薄膜性能的影响。结果表明: 复合膜的光催化活性达到所用TiO₂粉体的90 %; 经超临界CO₂ 干燥处理所得复合膜的光催化活性明显高于真空干燥所得复合膜的活性; 纳米复合膜的光催化活性随TiO₂ 含量的增加先升高后降低, 含量为5 %时光催化活性最高。      

Ag/TiO2纳米粒子的制备及其光催化降解苯酚的性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子,采用涂覆法制备了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子光催化剂基板样品。使用XRD、SEM和拉曼光谱等手段,对TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子进行了晶格结构和表面形貌研究;通过UV-Vis,研究了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子光催化剂基板样品在光催化反应器中对苯酚的光催化降解性能。结果表明,制备的TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子均为纯净的金红石相,二者表面形貌并没有明显区别,Ag单质粒子成功负载在TiO₂纳米材料上;Ag单质粒子的负载,明显增强了TiO₂纳米粒子对可见光的吸收,且Ag/TiO₂纳米粒子薄膜对苯酚的光催化降解性能明显优于TiO₂纳米粒子薄膜;在光催化降解1 h后,TiO₂纳米粒子薄膜仅催化降解了溶液中30%(质量分数)的苯酚,且光催化降解出现了饱和趋势,而Ag/TiO₂纳米粒子薄膜可催化降解溶液中50%(质量分数)的苯酚,且在光催化降解3 h后,仍未出现饱和趋势。     

C/ TiO2光催化自洁膜的制备及其对罗丹明B的降解

以吡咯作为碳源,采用紫外自聚合-灼烧法制备了具有有序多孔结构的C/TiO₂催化剂,有效提高了TiO₂催化剂在可见光条件下的光响应能力与光利用率,从而提升TiO₂催化剂对罗丹明B染料废水的降解率.经过实验比较得出C/TiO₂-0.4在90 min内对罗丹明B达到91.80%的降解率.同时将C/TiO₂-0.4掺入到PVDF膜液中,利用相转化法制备改性膜.在单次模拟太阳光降解测试中,改性膜对罗丹明B的降解率达到了80.18%,在4次循环降解中,改性膜对罗丹明B的降解率稳定在60%以上.此外,在模拟太阳光照射下,改性膜能够在5 h内恢复至吸附前的状态,有利于其长时间循环使用.结果表明,负载有C/TiO₂的光催化自洁膜在模拟太阳光条件下对罗丹明B染料废水的降解具有显著效果.     

稀土La掺杂TiO2纳米纤维高响应光催化降解染料研究

为了提高TiO₂光催化性能,并研究金属离子掺杂对TiO₂光催化性能的影响,采用静电纺丝技术和煅烧工艺制备稀土元素La掺杂TiO₂无机纳米纤维膜,通过SEM、XRD、FT-IR、TG测试对材料的形貌、结构进行表征,以亚甲基蓝为靶向降解剂,进一步深入研究La³⁺改性TiO₂光催化氧化降解染料的机理。结果表明,当染料浓度为10 mg/L,La³⁺掺杂改性纳米TiO₂纤维的浓度为15 mg/10 mL条件下,催化10 min的降解率为63.41%,催化70 min的降解率即可达到99.87%,比未掺杂TiO₂纳米纤维的降解率提高了6.36%,可见,La³⁺的掺杂提高了TiO₂光催化降解速率,所需要的时间减少了。