TiO_2/底泥复合材料的制备及其可见光催化性能评价

以河道底泥(RS)为载体,钛酸四异丙酯(TTIP)为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备了TiO_2/RS复合可见光催化剂,考察了TiO_2/RS复合催化剂在可见光下的催化活性、可回收利用性和稳定性。利用XRD、SEM、XPS和BET表征手段对TiO_2/RS复合材料的晶型、形貌、表面形态、孔结构等进行表征。通过表征分析发现:相比TiO_2,TiO_2/RS复合材料具有更丰富的多孔结构,比表面积可增加至98.43m~2/g。模拟含甲基橙印染废水的可见光催化降解实验说明,当RS和TiO_2的质量比为0.5时,TiO_2/RS复合催化剂在可见光照射下表现出较高的催化活性,反应4h后甲基橙的降解率达到48.8%,且回收循环使用6次后TiO_2/RS复合催化剂对甲基橙的降解率仍能保持在45%以上,表现出较强的稳定性。     

纳米级TiO_2中空球的制备

以聚苯乙烯(PS)乳液为模板,首先合成了PS/TiO_2复合微球,采用回流溶解出PS模板的方法,制备出纳米级TiO_2中空球。探讨了不同单体浓度、引发剂用量、乳化剂用量以及反应温度对聚苯乙烯乳液的影响。利用XRD、TG、BET、IR和UV-Vis手段对合成的纳米颗粒进行了表征。研究发现80℃下,单体浓度占总质量的20%、引发剂和乳化剂分别为单体质量的0.3%和3%、回流时间为12h时,可以得到外径为180nm、比表面积为283.4m2/g的TiO_2中空球,且中空球的壳层由大量粒径为8~10nm的TiO_2颗粒紧密堆积而成。     

球形介孔SiO_2/TiO_2复合材料的制备及光催化性能研究

研究了采用溶胶-凝胶法制备SiO_2/TiO_2复合材料,利用XRD、FT-IR、SEM及比表面分析法等对复合材料的形貌、晶型等进行了表征。结果表明:SiO_2/TiO_2为球形介孔材料且有Si—O—Ti键的形成;一定量的SiO_2掺杂和材料的介孔结构,大大提高了复合材料的比表面积;所制备SiO_2/TiO_2复合光催化剂对亚甲基蓝的光催化降解实验结果表明,SiO_2/TiO_2复合材料具有优异的吸附及光催化降解性能。     

锐钛矿型TiO_2/ZnO纳米复合颗粒的制备及光学性能研究

在水解水热法制备锐钛矿型纳米TiO_2的基础上,通过改进尿素均匀沉淀法制备了锐钛矿型TiO_2/ZnO纳米复合颗粒。利用X射线衍射(XRD)分析、透射电镜(TEM)与扫描电镜(SEM)分析、X射线能谱(EDS)等对纳米TiO_2/ZnO复合颗粒进行表征,并对TiO_2/ZnO纳米复合颗粒的紫外、红外区电磁吸收性能进行了研究。结果表明:随着钛含量增加,锐钛矿型TiO_2/ZnO复合颗粒在中波紫外区吸收性能略有增强,但在长波紫外区段,其吸收效果不及单纯纳米ZnO颗粒;在红外光谱中,TiO_2/ZnO复合颗粒在近红外区的吸收能力较纯ZnO颗粒大大增强。     

双模板法制备分级孔ZnO及其电致发光性能

以P123为介孔模板、以Zn(Ac)2·2H2O和LiOH·H2O为原料制备ZnO前驱体溶胶,对聚苯乙烯(PS)微球模板进行填充,55℃干燥后形成凝胶。经过600℃高温煅烧除去有机模板剂P123和PS,从而得到了具有介孔/大孔分级结构的ZnO材料。采用扫描电子显微镜、傅立叶变换红外光谱仪对分级孔结构ZnO材料进行了表征,并研究了其电致发光性能。结果表明,相同条件下介孔/大孔分级结构ZnO材料的发光强度是介孔ZnO材料的3.3倍。     

Zn-MOF前驱法制备ZnO/TiO2及其吸附降解性能

以有机金属骨架材料MOF-5为前驱体,一步法将ZnO与TiO_2复合制备ZnO/TiO_2材料。通过扫描电镜、红外光谱、X射线衍射(XRD)、UV-Vis光等方法对ZnO/TiO_2复合光催化剂的结构和性能进行表征,并以亚甲基蓝为目标降解物,评价ZnO/TiO_2复合材料的吸附降解性能及循环效率。结果表明:所制备的ZnO/TiO_2光催化剂表面较粗糙,XRD表征有ZnO和TiO_2特征峰,ZnO的加入可提高TiO_2对波长小于600nm光的吸收;ZnO/TiO_2复合材料在模拟可见光和紫外光下及循环吸附降解性能都优于TiO_2,模拟可见光下5次重复循环利用ZnO/TiO_2的吸附降解率均能达97%以上。     

Pt掺杂介孔TiO_2/导电碳毡光电极的制备及光电催化性能

以四氯化钛为钛源、十六烷基三甲基溴化铵为模板剂、氯铂酸为掺杂离子、导电碳毡为载体,通过水热合成法制得液晶-Pt离子-无机物钛前驱体溶液,在超声波辅助下采用浸渍提拉法进行负载,在氮气保护下焙烧得到导电碳毡负载铂掺杂介孔TiO_2(TiO_2-Pt/CCF)光电极,利用现代表征手段对材料结构进行表征。以苯甲醛为目标降解物,对材料的光电催化活性进行研究,并分析了光电协同机制。结果表明:介孔化处理提高了TiO_2-Pt/CCF的比表面积,增大了降解反应的有效面积和催化剂表面降解物浓度;金属离子掺杂引入了杂质能级,减小了TiO_2的能带隙,同时,Pt充当着光生电子-空穴捕获阱,阻止电子-空穴对的复合,提高了TiO_2-Pt/CCF的光电催化效率;TiO_2固载化提高了对目标降解物的吸附和表面电子转移。在多功能的协同改性下,TiO_2-Pt/CCF比无孔TiO_2/CCF和介孔TiO_2/CCF有更高的催化活性。     

Ce掺杂的有序大孔TiO_2制备及其光催化性能研究

以硝酸铈和异丙醇钛为铈源和钛源,利用溶胶-凝胶和胶晶模板技术合成了一种新型Ce掺杂的有序大孔TiO_2光催化材料,并用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、紫外-可见光谱、比表面积分析等手段对样品结构和形貌进行了表征。最后以甲基橙溶液为对象,在可见光条件下,考察了不同Ce掺杂量的大孔TiO_2材料的可见光催化性能。结果表明,Ce掺杂的大孔TiO_2材料在可见光条件下展现出良好的光催化性能和循环再生能力,当Ce/Ti摩尔比为0.3∶1时,光催化性能最佳,甲基橙降解率可达96%。     

ATRP法在纳米TiO_2表面接枝PS及其对SBS的改性

通过溶胶-凝胶法制备金红石型纳米二氧化钛(TiO_2),再利用原子转移自由基聚合(ATRP)法在纳米TiO_2表面接枝聚苯乙烯(PS),并以此对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)进行改性。红外光谱、X射线光电子能谱及透射电镜测试结果表明,PS大分子链成功地接枝到纳米TiO_2粒子表面。力学性能、动态力学分析及热重分析测试结果显示,SBS/TiO_2-g-PS复合材料的力学性能与热稳定性均明显优于纯SBS及SBS/TiO_2复合材料。经紫外光老化后,SBS/TiO_2-g-PS复合材料的力学性能保持率最高。     

Pt纳米颗粒负载SrTiO3/TiO2异质结结构制备及制氢性能

本文以固定n(Sr)/n(Ti)摩尔比0.4的SrTiO_3/TiO_2(金红石相)异质结纳米颗粒,通过"光催化还原沉积方法"制备不同质量分数的纳米铂颗粒(0、1%、2%、5%),探究其催化活性的变化,采用XRD、SEM、UV-vis、XPS方法对其进行表征,并做了相关光催化分解水产氢性能测试.结果表明:负载贵金属Pt纳米颗粒量越大,对应的Pt晶粒平均尺寸为40.8 nm,1%Pt纳米颗粒SrTiO_3/TiO_2异质结构的BET比表面积在23.195 m~2/g处最高,并且介孔材料的特征是平均Barrett-Joyner-Halenda(BJH)孔径为13.60 nm,总孔体积为0.079 cm~3/g;高BET表面积和大的总孔体积强烈地支持SrTiO_3/TiO_2具有介孔结构的事实;相应的催化剂催化活性越高,其中负载5%Pt纳米颗粒的SrTiO_3/TiO_2纳米颗粒光催化8 h产氢量为3.574 mmol,平均产氢效率为0.447 mmol/(gcat·h),但从性价比的角度来考虑,其催化效率远不及负载1%Pt纳米颗粒的SrTiO_3/TiO_2纳米颗粒催化效率的5倍,因此负载5%Pt的SrTiO_3/TiO_2纳米颗粒光催化效率最高.     

镍基复合催化剂的制备及其在生物质气化气体净化中的应用

采用共沉淀法制备了NiO/TiO_2复合催化剂,通过XRD、XPS和SEM等手段对催化剂的物质组成及形貌进行了表征。结果表明,NiO/TiO_2复合催化剂中含有锐钛矿型TiO_2和NiO两相,形貌为纳米花球,微球的大小在1μm左右;NiO以纳米颗粒的形式附着在TiO_2纳米花表面,这种结构有利于NiO/TiO_2复合催化剂比表面积的增大,以及催化活性的增强。以城市垃圾为生物质原料,NiO/TiO_2复合催化剂和ICI46-1型催化剂为催化剂,进行了催化生物质气化实验,比较了两种催化剂的催化活性和使用寿命。结果表明,NiO/TiO_2复合催化剂的催化活性明显优于ICI46-1型催化剂。当NiO/TiO_2复合催化剂的使用寿命为300 min时,城市生活垃圾气化的燃气产率为1.70 m~3/kg(MSW),而燃气中的焦油含量仅0.27 g/m~3,催化剂活性仍保持在98%以上。     

聚酰亚胺/TiO_2复合物纳米纤维的制备及其光催化性能研究

利用静电纺丝方法并协同亚胺化制备了聚酰亚胺(PI)/二氧化钛(TiO_2)复合纳米纤维膜。研究发现TiO_2成功复合到纳米纤维当中,随着TiO_2纳米颗粒含量的增加,纳米纤维的直径变细,PI/TiO_2复合纳米纤维膜的机械性能有所降低。光催化显示PI/TiO_2复合纳米纤维具有一定的光催化性能,TiO_2纳米颗粒较多时,降解的速率也较快,而且当延长降解时间后,降解速率会逐渐下降。     

核/壳结构PS/_MSiO_2复合颗粒的制备和压缩弹性模量

以用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)表面修饰的聚苯乙烯(PS,约260 nm)微球为内核并利用PVP与十六烷基三甲基溴化铵之间的液相协同自组装过程,制备出以介孔氧化硅(Mesoporous silica,MSiO_2)为包覆层的核/壳结构PS/MSiO_2复合颗粒。结果表明,在样品壳层中有大量的放射状介孔孔道,壳层的厚度约为60 nm;样品的比表面积为848 g/m2,平均孔径为2.54 nm。根据单个复合颗粒的力曲线,使用Hertz弹性接触模型拟合出样品的压缩弹性模量为(4.47±0.83)(泊松比取值0.33)和(4.89±0.89)GPa(泊松比取值0.2)。对比结果表明,壳层中丰富介孔孔道有利于提高有机/无机复合颗粒的弹性响应。     

纳米TiO2微球的制备及其光催化性能研究

以四氯化钛为钛源,采用无模板溶剂热法合成了纳米TiO_2微球,采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、N_2吸附-脱附等分析方法对样品进行表征,考察水热反应时间对纳米TiO_2微球的形成及光催化降解气相苯的影响。结果表明:纳米TiO_2微球是由锐钛矿相纳米颗粒自组装形成的分级微/纳结构,光吸收出现"蓝移",比表面积高达239.2m~2/g;纳米TiO_2微球的结构参数对其最终的光催化性能影响较大,在水热温度180℃、水热反应时间24h条件下制备的纳米微球表现出最高的光催化活性,其矿化率高于商用P25TiO_2近2倍;纳米TiO_2微球优异的光催化性能得益于其优良的结晶度、相对大的比表面积和丰富的介孔结构。     

Ag/TiO2纳米管阵列等离子体光催化剂的制备及性能研究

以阳极氧化法制备的二氧化钛(TiO_2)纳米管阵列为基底,利用化学还原法制备了不同银(Ag)含量的Ag/TiO_2复合薄膜,并对其进行表征。结果表明,化学还原法有利于Ag纳米颗粒在TiO_2纳米管上的均匀分布,Ag能产生表面等离子体共振吸收,有效增强TiO_2纳米管阵列对可见光的吸收能力,Ag的修饰大幅度提高了TiO_2纳米管阵列对气相苯的光催化降解活性,在光催化反应80min条件下,Ag含量为2%(wt,质量分数)制得的Ag/TiO_2复合薄膜光催化活性最佳,对气相苯的降解率达到97%。     

Sb2O3@SiO2颗粒制备与热解及阻燃性能

以超声场醇盐水解法制备出微米级Sb2O3粒子,再通过溶胶-凝胶法获得复合阻燃剂Sb2O3@SiO2颗粒,并对该复合颗粒的结构与形貌进行表征。结果表明:制得的超微Sb2O3颗粒平均粒径为1.17μm,晶体类型为斜方晶型,颗粒的结晶度高、晶粒度大;同时较佳的硅包覆Sb2O3颗粒构建条件为:TEOS/Sb2O3摩尔比为3/3、温度为30℃、氨水浓度为0.75mol/L、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)/正硅酸四乙酯(TEOS)摩尔比为0.8,此时所得Sb2O3@SiO2为介孔结构,分散性及热稳定性优异。阻燃实验表明:复合颗粒在聚合物基体中分散均匀、结构稳定,复合阻燃效果中Sb2O3用量减少75%。     

含氟嵌段共聚物蜂窝状多孔膜制备与表征

采用原子转移自由基聚合(ATRP)方法,合成聚苯乙烯(PS)大分子引发剂,再引发甲基丙烯酸十二氟庚酯制备嵌段共聚物(PS-b-PDFHMA)。将嵌段共聚物与纳米二氧化钛(TiO_2)复合,利用静态呼吸图法制备抑菌性多孔膜。通过傅里叶变换红外光谱、核磁共振氢谱、凝胶渗透色谱等对嵌段共聚物结构、组成及相对分子质量进行分析和表征;利用扫描电子显微镜对多孔膜表面形貌和膜层结构进行观察;利用接触角测试仪和微生物粘附实验研究多孔膜表面润湿性及对微生物粘附的影响。结果表明,以水滴为模板的多孔膜相较于不含孔薄膜疏水性有一定改善,但细菌粘附量提高,与TiO_2复合后,多孔膜表面粗糙度上升,水接触角可达136°,其表面细菌粘附量明显下降。     

3D多级孔rGO/TiO2复合材料的构筑及其光催化性能研究

研究以聚苯乙烯(PS)微球为模板、氧化石墨烯(GO)和钛酸四丁酯(TBT)为原料, 采用溶胶-凝胶法, 利用GO与PS上的官能团和TiO₂前驱体的多重配位反应, 制备了3D多级孔rGO/TiO₂(PS)复合材料。通过不同手段对样品的结构和形貌进行表征, 研究了PS添加量对rGO/TiO₂复合材料晶体结构、微观形貌及光催化性能的影响。分别在模拟紫外光和可见光下, 以盐酸四环素(TTCH)为目标污染物对不同PS加入量制备的3D多级孔rGO/TiO₂(PS)复合材料的光催化性能进行评价, 并在模拟可见光下, 对3D多级孔rGO/TiO₂(5wt%PS)复合材料进行了多次循环回收测试。结果表明: rGO/TiO₂(PS)复合材料具有3D多级孔块体结构, GO作为基体的增强相通过Ti-O-C键保持多级孔刚性骨架结构的稳定。引入PS增大了rGO/TiO₂(PS)复合材料的比表面积, 3D多级孔rGO/TiO₂(7wt% PS)复合材料对TTCH吸附效率最高, 而3D多级孔rGO/TiO₂(5wt%PS)复合材料光催化活性和稳定性最高, 且经过4次循环回收测试, 其光催化效率仍达81.02%; 模板剂PS的最佳引入量为5wt%。     

N-CQDs修饰介孔TiO2/RGO异构体的构建及光催化性能研究

以柠檬酸三铵为前驱体,构建了系列N-CQDs(N掺杂碳量子点)修饰介孔TiO_2/RGO(还原氧化石墨烯)异构体,并通过XRD、TEM、BET、BJH、XPS、PL、UV-Vis等测试手段系统表征其样品的微观结构以及谱学性能,通过使用模拟太阳光为光源测试其光催化性能。实验可知,所构建系列样品均为锐钛矿相TiO_2晶体结构,且显著形成了H2型介孔结构,均属于langmuir Ⅳ型孔径结构;柠檬酸三铵的引入以及RGO的异构化逐步地增加介孔TiO_2光催化体系比表面积,体系比表面积最高可达331.6 m~2/g;N-CQDs的修饰以及RGO的异构化,使介孔TiO_2光催化体系光生电子效率逐步地提升,同时体系光谱响应范围逐步地拓宽;所构建介孔TiO_2异构体均具有较强的可见光光催化性能,其中样品N-CQDs-MT/RGO-1.8的光催化活性最强,在模拟太阳光照射下,对甲基橙的降解率在10 min内可达到90%左右,1 h的降解率可达到99%。     

PVP为偶联剂制备核壳型PS/CdS纳米复合粒子及表征

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为偶联剂,利用超声化学法制备了PS/CdS核壳型复合纳米粒子。为了深入理解核壳型纳米粒子的界面行为和形成机制,详细考察了PVP加入与否及用量、前体加入顺序、Cd2+与S2-摩尔比和反应时间等实验参数对核壳复合材料结构的影响。结果表明,适量PVP可改善CdS纳米粒子与PS聚合物基体间的亲和性,增强壳与核之间的相互作用,成功地将PS与CdS复合成单分散的、壳层完整且厚度可控的三维核壳型PS/CdS纳米复合粒子;且复合物比纯CdS粒子具有更高的可见光响应活性。