光催化涂层净化室内VOCs研究进展

近年来,室内空气污染问题逐渐成为人们关注的焦点,挥发性有机物（VOCs）是造成这一问题的主要来源。光催化涂层作为一种新型VOCs净化技术,可以在太阳光下自发将VOCs降解为水和CO2,高效节能,不会产生二次污染,引起研究者的广泛关注和深入研究。结合国内外研究现状,该文系统介绍了用于室内VOCs净化的光催化涂层的制备方法以及涂层光催化性能和稳定性的影响因素,并对VOCs的光催化净化机理和影响因素进行阐述,同时对不同光催化涂层种类的研究进展及应用现状进行介绍,最后对光催化涂层进行了总结和并对其未来的发展方向进行展望。     

用于VOCs降解的TiO_2光催化剂的研究进展

综述了近几年纳米二氧化钛(TiO_2)光催化材料在降解挥发性有机物(VOCs)领域的最新成果,探究了光催化降解的VOCs的反应机理、反应影响因素,总结了各种提高催化剂光催化效率的改性方法,并对其未来发展进行了展望。     

水中邻苯二甲酸二甲酯的光催化氧化研究

以汞灯、氙灯为光源，TiO2为光催化荆，较系统的考察了催化剂用量、光强、反应时间、pH值等因素对水中邻苯二甲酸二甲酯降解的影响。结果表明，只有在催化剂和光源协同作用时，邻苯二甲酸二甲酯才可获得较快的分解，光催化氧化反应符合假一级反应动力学。TiO2的光催化氧化作用受pH值影响不大，催化剂用量有一最佳值。采用胶束电动毛细管电泳技术对邻苯二甲酸二甲酯的光催化降解反应过程进行了跟踪。     

三氯乙酸光催化降解过程中pH值变化影响因素的研究

研究了三氯乙酸在TiO2薄膜为催化剂的光催化反应体系中发生光催化降解反应时pH值的变化与影响因素。结果表明在反应过程中pH值不断变化呈现逐渐降低的趋势,pH值条件对三氯乙酸的光催化降解反应有一定的影响,低pH值有利于反应的进行。     

室内微量苯类VOCs光氧化降解催化剂的研究进展

苯类挥发性有机化合物（苯类VOCs）普遍具有持久毒性,会使人们产生一系列的亚健康效应,如基因突变和脑瘤、白血病等癌症,纳米光催化剂因具有光能转换和深度氧化的特点被广泛应用于苯类VOCs的去除领域。简单介绍了光催化降解苯类VOCs的基本原理;根据纳米光催化剂自身的物理化学性能以及所处的环境,探讨了内、外部因素对其降解活性的影响;从增强对光的吸收、抑制电子-空穴对的复合以及促使表面电荷参与反应3个方面系统分析了提高光催化降解效率的方法;详细介绍了光催化降解苯类VOCs最新研究进展;最后指出了纳米光催化剂存在的问题,并对该领域的未来发展进行了展望。     

光催化及其协同电化学降解VOCs的研究进展

各类行业的废气排放导致环境污染问题严重。挥发性有机污染物（VOCs）作为工业废气中首要组成部分，因其成分的复杂性而难以处理，无选择性氧化的光催化高级氧化技术在VOCs降解领域引起广泛研究。为了解决光催化反应历程中存在的效率低问题，本文从VOCs的光催化工艺参数影响因素（温度、相对湿度、初始气体浓度、氧浓度和气体流速）展开描述，总结了各种工艺参数的影响机理和影响趋势。随着光化学技术和电化学技术的不断发展，将光电技术结合起来成为新的研究方向，外加偏压能够有效降低光催化反应历程中电子空穴对的复合率，本文总结了各类光电催化反应器中外加偏压对光电催化的影响机理和影响趋势。总结近五年的光/光电催化的实验研究进展，对于光/光电催化领域降解工业废气VOCs的工艺流程设计与优化具有借鉴意义。文中指出，未来进行与工业废气VOCs相契合参数范围的实验研究和简洁且高效的光/光电催化反应器研发将成为今后的发展趋势。     

新型TiO2基光催化剂改性降解VOCs的研究进展

实现有机污染物(VOCs)高效清洁降解是生态环保领域亟待解决的问题。光催化技术成为解决VOCs的有效方法之一,TiO₂半导体光催化剂作为最成熟的一种光催化剂,具有催化效率高、绿色、成本低的特点,但由于TiO₂光量子效率低,电子—空穴对易复合,无法产生可见光响应等缺陷,使得TiO₂光化材料无法广泛高效的应用。文章综述了改性TiO₂基光催化材料降解VOCs的研究进展,介绍了TiO₂光催化降解VOCs的作用机理,梳理归纳并总结了近些年TiO₂光催化降解VOCs的改性研究,并对未来开发新型TiO₂基光催化材料降解VOCs提出展望。     

纳米光催化剂降解室内微量苯类挥发性有机化合物

社会的迅速发展给人类带来物质文明的同时,也使得环境污染变得日益严重,特别是在近年来由人类活动产生的气态污染物严重威胁到环境和人体健康。习近平总书记曾说过,绿水青山就是金山银山。但是,气态污染物相继排放到大气中,促使人们有必要开发出合适的技术来净化空气。苯类挥发性有机化合物(苯类VOCs)是室内空气中常见的气态污染物之一,应该经过物理吸附并转化成无危害的化合物等。光催化氧化技术(PCO)可以在光照作用下,利用光子的能量使光催化剂表面产生高活性物质来有效降解苯类VOCs,并且不会产生二次污染。目前,已有许多不同结构和物理化学性能的光催化体系被应用于降解苯类VOCs,本文首先对光催化降解苯类VOCs的基本原理、影响光催化反应的因素和提高降解效率的方法进行了系统分析,综述了各类纳米催化剂的设计理念以及其在光催化降解苯类VOCs过程中的性能,并对未来纳米催化剂的设计进行了展望。     

影响低温等离子体降解VOCs因素的研究进展

随着生态环境越来越重要,由于挥发性有机物(VOCs)对人类健康和生存环境有着重大的影响,因此大气污染防治也变得十分重要。归纳了目前几种降解VOCs的技术及优缺点,包括冷凝技术、吸附技术、催化燃烧技术、光催化技术等。主要针对低温等离子体技术介绍其降解VOCs的技术原理,并对其影响因素进行了综述,突出了反应物初始浓度和电源参数对其影响的重要性。对低温等离子体技术未来发展方向进行了展望。     

去除VOCs方法的研究进展

挥发性有机污染物(VOCs)是主要的大气污染物,可形成光化学烟雾、雾霾,危害人体健康。所以,去除挥发性有机污染物(VOCs)的研究得到广泛关注。目前,光催化降解和催化燃烧是去除挥发性有机污染物(VOCs)的主要方法,而去除方法中都涉及到催化剂的选择及改性。因此,催化剂的催化性能对VOCs的去除有很大的影响。     

一种可温度与pH调控的分子印迹光催化材料的制备及其性能

以氧氟沙星为模板分子,通过表面引发原子转移自由基聚合技术（SI-ATRP）,成功合成了一种智能凝胶接枝纳米TiO₂的分子印迹光催化材料（TiO₂-DR/MIPs）。采用透射电镜（TEM）、红外光谱（FTIR）、热重（TG）和X射线衍射（XRD）等方法对该材料进行了形貌及性质表征。分别研究了材料的温度与pH敏感性质及其对氧氟沙星光催化降解效率的影响,并对该材料的选择性和稳定性进行了探究。结果表明,TiO₂-DR/MIPs的粒径可随着温度与pH的变化呈现出良好的响应特性,并且可以通过改变环境温度和pH实现对其光催化活性的调控。TiO₂-DR/MIPs对氧氟沙星具有较好的选择性吸附和降解作用,且稳定性和重复使用效果好,经4次光催化降解循环实验后,光催化效率仅降低了5％。此外,TiO₂-DR/MIPs中的双敏感分子印迹层还可以有效地阻止纳米TiO₂的团聚,实现纳米TiO₂的均匀分散。     

External and internal mass transfer effect on photocatalytic degradation

A rational approach is proposed in determining the effect of internal and external mass transfer, and catalyst layer thickness during photocatalytic degradation. The reaction occurs at the liquid–catalyst interface and therefore, when the catalyst is immobilized, both external and internal mass transfer plays significant roles in overall photocatalytic processes. Several model parameters, namely, external mass transfer coefficient, dynamic adsorption equilibrium constant, adsorption rate constant, internal mass transfer coefficient, and effective diffusivity were determined either experimentally or by fitting realistic models to experimental results using benzoic acid as a model component. The effect of the internal mass transfer on the photocatalytic degradation rate over different catalyst layer thickness under two different illuminating configurations was analyzed theoretically and later experimentally verified. It was observed that an optimal catalyst layer thickness exists for SC (substrate-to-catalyst) illumination.     

旋转薄膜浆态光催化反应器

在分析现有光催化反应器特点的基础上,提出了一种新型的旋转薄膜式浆态光催化反应器（RFFS）。用商品化光催化剂Degussa P25,以苯酚模型有机物为降解对象,对比了RFFS与传统鼓泡浆态光催化反应器（TBS）的性能,研究了RFFS的光催化性能。结果表明,与传统浆态光催化反应器相比,RFFS具有较高的光催化性能,尤其是能够在较高的光催化剂浓度下运行。在光催化体系的循环流速大于2.7 L·min-1、供气流量为1.0 L·min-1、催化剂浓度为3.0 g·L-1的条件下,RFFS比传统浆态鼓泡光催化反应器的降解速率提高1.6倍。RFFS利用旋转浆态薄膜强化了光催化反应体系的传质,同时提高了体系中光催化剂对光能的利用率,较好地解决了光在传统浆态体系中的传递问题,为开发新型的具有工业应用前景的光催化反应器提供了方案。苯酚在RFFS中的降解动力学符合表观一级动力学模型,理论值与实验结果吻合较好。     

石墨烯/TiO2的氯化改性及其新式自由基反应

成功制备了一系列石墨烯/TiO₂复合材料并分别氯化改性。以甲基橙和苯酚作为目标污染物,进行复合材料光催化降解活性实验;随后引入电化学和电子顺磁共振技术对该催化剂及其反应体系进行表征,推断其机理。结果表明,石墨烯具有极好的电子迁移能力,可以提高光生载流子的传递效率,进而增强TiO₂紫外催化性能。新型复合材料均表现出较高的光催化降解活性,甲基橙降解率由70%提升至100%,苯酚降解率由10%提升至100%。而表面氯化引入了新的活性基团,在光照条件下能够生成氯自由基,进而配合羟基、超氧,形成一种新的三自由基反应体系,使其氧化降解能力大幅提升。     

微波法离子液体介质中纳米TiO2光催化剂制备及催化活性

以钛酸丁酯为前驱物,在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、水和无水乙醇组成的混合溶剂中,采用溶胶-凝胶法和微波干燥,制备了纳米TiO₂光催化剂,并用XRD、TG和IR对催化剂结构进行了表征。以甲基橙为模拟污染物,高压汞灯为光源,考察了离子液体用量、焙烧温度、微波功率和微波干燥时间等对TiO2光催化剂活性的影响。结果表明,在n（［Bmim］PF₆）∶钛酸丁酯）=3.0、焙烧温度550 ℃、微波干燥功率210 W和微波干燥时间20 min条件下,离子液体介质中用微波干燥所得的纳米TiO₂催化剂具有较高的光催化活性,90 min使甲基橙降解率达97.8%,表明离子液体的存在抑制了TiO₂由锐钛矿相向金红石相的转变,并起增大TiO₂比表面积及表面羟基含量的作用     

Enhanced photocatalytic performance of ZnO/multi-walled carbon nanotube nanocomposites for dye degradation

The ZnO nanowire/multi-walled carbon nanotube (MWNT) nanocomposites have been successfully synthesized by one-step hydrothermal method using zinc chloride as Zn source. Their photocatalytic degradation performances on methylene blue and Rhodamine 6G have been investigated under UV irradiation. Experimental results show that the photocatalytic efficiency of the as-synthesized ZnO/MWNT nanocomposites is 3 times higher than that of pure ZnO nanowires. The enhanced photocatalytic activity is attributed to the fast transfer of photo-generated electrons from ZnO to MWNTs, leading to low recombination rate of photo-induced electron–hole pairs.     

Insight into tetracycline photocatalytic degradation mechanism in a wide pH range on BiOI/BiOBr: Coupling DFT/QSAR simulations with experiments

A single hydrothermal reaction was used to create BiOI/BiOBr composites, which demonstrated good sunlight-driven photocatalytic degradation activity of tetracycline (TC) over a broad pH range and the degradation efficiency can be stable at about 90%. Moreover,·O₂^- has been identified as the most important active ingredient in the photocatalytic system. Density functional theory (DFT) calculations were used to investigate the electron transfer mechanism of BiOX heterojunctions on a molecular scale, as well as to propose possible photocatalytic degradation mechanisms and reaction sites for tetracycline in different deprotonated forms at a wide range of pH values. The quantitative structure-activity relationship (QSAR) was also used to assess the toxicity of the intermediates. In summary, this study presents new concepts for investigating the photodegradation behavior of antibiotics throughout a wide pH range, which is predicted to be employed for surface water remediation.     

Charge transfer properties and photoelectrocatalytic activity of TiO2/MWCNT hybrid

The vertically aligned multiwalled carbon nanotube (MWCNT) arrays on tantalum foils were successfully coated with TiO₂ nanoparticles by a hydrothermal process. The prepared TiO₂/MWCNT hybrid was characterized by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The charge transfer properties and photocatalytic degradation of rhodamine B with and without bias potential under UV irradiation were investigated. The MWCNTs promoted the separation of photoinduced carriers in the TiO₂, thus enhanced photocatalytic activity. Applying bias potential on the photoanode further enhanced its catalytic activity. The efficient charge transportation and high photoelectrocatalytic activity towards degradation of rhodamine B made this hybrid material promising for photocatalyst and for the development of photoelectrical devices.     

复合催化剂光催化降解DNT废水及其降解机理

为探索负载型多金属氧酸盐类复合催化剂光催化降解炸药废水的催化活性及降解机理,采用溶胶-凝胶-溶剂热的路径,制备了3种负载型多金属氧酸盐类复合催化剂H_3PW_(12)O_(40)/TiO_2、H_3PW_(12)O_(40)/TiO_2(P123)和SO_4~(2-)-H_3PW_(12)O_(40)/TiO_2(P123)。以炸药废水中典型有机污染物二硝基甲苯(DNT)为目标化合物,考察了所制备的复合催化剂在光催化降解DNT废水方面的催化活性,并对不同催化剂之间光催化活性的差异进行了合理的解释,分析了催化剂的结构与其光催化性能之间的关系。采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对废水中反应物和产物的种类进行了鉴定和分析,对光催化氧化法降解DNT废水的降解机理和矿化程度进行了研究。结果表明,以SO_4~(2-)-H_3PW_(12)O_(40)/TiO_2(P123)为催化剂,光照4h后,DNT废水降解率达98.73%。光催化降解DNT废水过程中,发生了甲基氧化、脱硝基、脱羧基等反应,降解过程中的中间产物主要包括对硝基苯甲酸、间硝基苯甲酸、1,3-二硝基苯、2,4-二叔丁基苯酚、2,4-二硝基苯甲醛。光催化降解4h后,除极少量3,4-DNT外,其余硝基苯类化合物均完全降解。     

Optimisation of degradation conditions of 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene in water and reaction kinetics analysis using a cocurrent downflow contactor photocatalytic reactor

The photocatalytic degradation of 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU, a non-biodegradable nitrogenous organic compound) in water was optimised under UV radiation using titanium dioxide photocatalyst. The reactor used was a pilot scale cocurrent downflow contactor photocatalytic reactor (CDCPR), a system offering very high mass transfer efficiency. The effect of photocatalyst loading, initial substrate concentration, temperature, pH, and different combinations of UV, O₂, H₂O₂ and TiO₂ on the photocatalytic oxidation of DBU was investigated. The TiO₂ photocatalyst used was Degussa VP Aeroperl P25/20, a granulated form of Degussa P-25, recently developed to ameliorate downstream catalyst separation problems. The CDCPR was fitted with an internally and vertically mounted 1.0 kW UV lamp. The reactions were carried out at 40–60 °C and 1 barg, with the reactor being operated in closed loop recycle mode and suspended photocatalyst being re-circulated. Optimisation of reaction conditions using a combination of TiO₂, UV radiation and O₂ gave the most rapid degradation and mineralisation of the DBU in comparison with other processes. Under optimised conditions, 100% degradation of DBU was achieved in 45 min, with a quantum yield of 7.39, using a 1 kW lamp, 0.5 g/dm³ TiO₂, 100 mg/dm³ DBU, 1 barg, 50 °C and pH of 3.17. Investigating the reaction pathway and its modelling showed a first order dependency, incorporating the effect of first intermediates of degradation. The activation energy was found to be 54.68 kJ mol⁻¹ showing a significant influence of temperature on the photocatalytic degradation of DBU.