电气石/TiO_2复合材料的光催化体系研究

采用溶胶凝胶技术制备电气石/TiO_2复合光催化材料,研究其光催化反应体系中的溶解氧含量、水分子团结构等,并结合光催化降解甲基橙实验对光催化反应机理进行了初探.研究表明,随着电气石/TiO_2复合光催化材料质量分数的增加,反应体系中溶解氧含量的增长速度明显加快,但溶解氧含量的饱和值十分接近,均在8.15 mg/L附近.同时,电气石/TiO_2复合光催化材料的质量分数为0.1%时,静置2h后的水样峰宽由93.5 Hz下降到86.2 Hz.此外甲基橙的光催化降解实验表明,电气石/TiO_2复合光催化材料的光催化活性优于粒径为50nm的纳米TiO_2,将甲基橙的光催化降解率提高了41.8%.     

氢化黑二氧化钛-电气石复合可见光催化材料的制备及性能

为提高纳米Ti O₂在可见光区的催化效率，以天然电气石、钛酸丁酯等为原料，应用溶胶-凝胶技术制备了纳米Ti O₂-电气石复合光催化材料(T-T)，然后通过高温氢化还原黑化法，制备了氢化黑T-T复合可见光催化材料。研究表明，氢化黑T-T复合可见光催化材料受到扫描电镜(SEM)的电子束轰击后能够捕获电子而发亮，保持了黑色电气石的天然电场特性，同时微观表面不平整，呈现阶梯层次状，且分布着不均匀的纳米孔。在模拟太阳光下的甲基橙催化降解实验中，以550°C氢化4 h所制得的氢化黑T-T复合可见光催化材料对甲基橙的光催化降解率可达到99.8%，反应体系的溶解氧含量峰值可达到8.017 mg/L。氢化黑T-T复合可见光催化材料在电气石天然电场的作用下，其光催化能力优于常规氢化黑TiO₂。     

Nd~(3+)掺杂Zno/TiO_2催化剂制备及光催化活性

以ZnSO_4·7H_2O和Ti(SO_4)_2为原料,体积分数40%的乙醇作溶剂,用共沉淀法制备ZnO/TiO_2和Nd~(3+)-ZnO/TiO_2[n(zn)∶n(Ti)=3∶10]催化剂。采用XRD和UV-Vis等技术进行表征,考察氨水浓度、Nd~(3+)掺杂量和催化剂用量对罗丹明B光催化降解的影响。XRD分析表明,稀土掺杂使催化剂中纳米TiO_2晶粒细化;UV-Vis吸收光谱表明,稀土元素掺杂后,催化剂在紫外光吸收有所加强;光催化降解实验表明,氨水浓度较低时,所得催化剂活性较高;掺杂适量Nd~(3+)能有效提高ZnO/TiO_2的光催化活性。当催化剂用量1 000 mg·L~(-1)、Nd~(3+)掺杂质量分数0.70%和浓氨水稀释10倍时,太阳光连续光照4 h,催化剂的光催化活性较高,废水COD_(Cr)去除率达90.1%。     

Pr3+:Y2SiO5/ZnO-TiO2/ACF复合材料的制备及其光催化性能

采用溶胶-凝胶法将ZnO掺杂进荧光粉/TiO_2体系,并以活性炭纤维(ACF)为载体,制备了Pr~(3+)∶Y_2SiO_5/ZnO-TiO_2/ACF复合材料。采用XRD、SEM、EDS、FS和UV-vis DRS,对材料的结构及性能进行了表征,并以亚甲基蓝为模拟降解物,考察了ZnO掺杂量对复合材料可见光催化性能的影响。结果表明,当ZnO掺杂质量为TiO_2质量的10%时,制得的复合材料光催化性能最强,在500 mL质量浓度为15 mg/L的亚甲基蓝溶液中反应12 h后亚甲基蓝去除率高达98.0%,反应符合拟一级动力学方程,反应速率常数为0.341 3 h~(-1),是未掺杂ZnO的Pr~(3+)∶Y_2SiO_5/TiO_2/ACF的1.75倍,复合材料重复使用4次后亚甲基蓝去除率仍然保持在85%以上。     

室内甲醛的真空紫外-光催化降解实验研究

对真空紫外-光催化(VUV-TiO_2/UV)在较高流速(0.30～0.94 m/s)和不同相对湿度(30%～80%)条件下动态去除室内典型浓度的甲醛(<0.624 mg/m~3)进行了实验研究,并与真空紫外(VUV)和光催化(TiO_2/UV)的降解进行了比较。基于净化器串联效率模型,通过比较去除率的实验值和计算值考察了 VUV 和 TiO_2/UV 之间的复合或协同效应。结果表明,TiO_2/UV 和 VUV 能够形成优势互补,TiO_2/UV 对甲醛的一次性去除率相对较低,而 VUV 提高了 TiO_2/UV 对甲醛的去除率,低浓度时效果更加显著;同时 TiO_2/UV 能够高效去除 VUV 产生的臭氧,当反应器内空气流速大于0.6 m/s 时,VUV-TiO_2/UV 的臭氧出口浓度在国家标准值之下。VUV 和 TiO_2/UV 之间存在着微弱的复合效应。     

Cu-TiO2/白云母纳米复合材料的制备及结构、形貌和光催化性能

为提高TiO_2型光催化剂对可见光的响应及光催化效率,采用液相沉淀法制备出Cu-TiO_2/白云母纳米复合材料,研究了复合材料的结构、形貌和光催化性能。结果表明:Cu~(2+)取代部分Ti~(4+)进入TiO_2晶格中,使TiO_2发生晶格畸变并阻滞了纳米TiO_2晶粒的长大。TiO_2均匀致密地包覆在白云母表面,减少了团聚从而大大增加了TiO_2在光催化中与污染物的接触面积。Cu~(2+)掺杂有效减小了TiO_2的禁带宽度并使光学吸收边发生红移。Cu-TiO_2/白云母复合纳米材料的光催化性能随着掺Cu~(2+)量增加先增强后降低,当Cu~(2+)/Ti~(4+)摩尔比为1.5%,Cu-TiO_2/白云母复合纳米材料用量为0.10g时,对100mL的亚甲基蓝光催化1 h后,亚甲基蓝的降解率为100%。     

TiO_2/Fe_2O_3光催化降解茜素红溶液

以Ti(C4H9O)4为前驱体,CH3COOH为水解抑制剂,通过溶胶-凝胶法制备了TiO_2/Fe2O3复合光催化剂。对复合光催化剂的光催化活性、光催化机理和光催化降解动力学进行了研究。研究表明,Fe2O3的引入有助于光生电子-空穴对的分离,从而提升TiO_2的光催化活性。TiO_2/Fe2O3的光催化降解动力学符合L-H动力学模型的一级反应方程模型,整个光催化反应的控制步骤为降解物在光催化剂表面的有效吸附,动力学反应级数随着降解物浓度的上升而逐渐下降。     

改性TiO2纳米管的制备及其对盐酸多西环素的降解

利用商业TiO_2粉末,采用水热法制备出不同摩尔分数的Co~(2+)掺杂改性TiO_2纳米管,以盐酸多西环素为降解目标,研究了样品的光催化性能。通过扫描电子显微镜(SEM)、投射电子显微镜(TEM)、比表面积仪(BET)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见分光光度法(UV/Vis)等技术对样品进行了表征。结果表明,TiO_2纳米管管径均一、管壁多层,具有两端开口的中空孔径结构;Co~(2+)掺杂不会对纳米管的形貌产生影响,但能够增大纳米管的比表面积;Co~(2+)以离子形式存在于TiO_2纳米管的晶格内部;随着Co~(2+)掺杂量的增加,掺杂样品的吸收边出现了持续的红移。盐酸多西环素的光催化降解实验表明,相比TiO_2粉末, TiO_2纳米管具有较好的光催化活性,并且Co~(2+)掺杂改性提高了材料的光催化活性。其中,摩尔分数为1%的Co~(2+)掺杂改性的样品对盐酸多西环素的光催化降解效果最好,在氙灯照射下反应120 min,降解率为81.1%。     

TiO_2/Fe_2O_3光催化降解茜素红溶液

以Ti(C4H9O)4为前驱体,CH3COOH为水解抑制剂,通过溶胶-凝胶法制备了TiO_2/Fe2O3复合光催化剂。对复合光催化剂的光催化活性、光催化机理和光催化降解动力学进行了研究。研究表明,Fe2O3的引入有助于光生电子-空穴对的分离,从而提升TiO_2的光催化活性。TiO_2/Fe2O3的光催化降解动力学符合L-H动力学模型的一级反应方程模型,整个光催化反应的控制步骤为降解物在光催化剂表面的有效吸附,动力学反应级数随着降解物浓度的上升而逐渐下降。     

Er~(3+)掺杂纳米TiO_2的制备与光催化降解性能研究

利用溶胶-凝胶法合成不同Er~(3+)掺杂量的TiO_2光催化材料,考察了Er~(3+)掺杂量(0%～1%)、焙烧温度(400～700℃)和焙烧时间(1～4 h)对TiO_2光催化材料对亚甲基蓝溶液的降解率、物相组成和光催化性能的影响。研究结果表明,Er~(3+)掺杂TiO_2光催化材料的最优制备工艺为:Er~(3+)掺杂量为0.5%、焙烧温度为500℃、焙烧时间为2 h。随着Er~(3+)掺杂量的增加,光催化材料的晶粒尺寸不断减小;Er~(3+)掺杂的光催化材料的平均晶粒尺寸会随着焙烧温度的升高而逐渐减小;在焙烧温度为500℃时,焙烧时间的延长不会造成光催化材料中TiO_2相的晶型转变,但TiO_2晶体的晶粒尺寸会不断长大。Er~(3+)掺杂量为0%、0.5%和1%的光催化材料的禁带宽度分别为2.76、2.0 e V和2.47 e V,Er~(3+)掺杂量为0.5%时光催化材料的禁带宽度最小,具有最高的光吸收范围。     

铽与电气石比对Tb/电气石/TiO_2纳米管的形貌及光学性能的影响

采用溶胶凝胶法与水热法相结合的方法成功制备了Tb/电气石/TiO_2纳米管,采用SEM、TEM、XRD、XPS等研究m(Tb)/m(T)质量比对合成Tb/电气石/TiO_2粉体的形貌和光学性能的影响。实验结果表明,不同的m(Tb)/m(T)比对水热法合成Tb/电气石/TiO_2有很大影响;当掺杂量为1∶2时,Tb/电气石/TiO_2纳米管的为中空管状结构,且结构完整,形貌整齐。水热处理后生成的复合纳米管样品具有更好的光催化活性,晶型以锐钛矿型为主,结晶质量与结晶程度都有所提升,同时在TiO_2表面形成了稳定的Ti-O-Si化学键;稀土Tb的掺杂拓宽了TiO_2的光响应范围;电气石的掺杂有助于提升TiO_2的光催化性能,最佳的掺杂质量比为1∶2,掺杂过多的电气石后光催化效率却有所下降,可能是由于电气石在TiO_2表面覆盖过多导致。     

电气石原位组装纳米TiO2降解甲基橙染料废水研究

本研究采用溶胶-凝胶法在天然铁电气石微粒表面原位组装纳米TiO2,实现天然电气石微粒对纳米TiO2固定和功能增强的双重目的.XRD结果表明,TiO2/电气石复合材料的主要物相组分是锐钛矿型TiO2,其原生颗粒尺寸为45.79nm.SEM显微形貌观察发现,纳米TiO2均匀地固定在天然铁电气石微粒表面.光催化实验表明,天然铁电气石可有效提高纳米TiO2的光催化活性,在一定条件下,甲基橙染料溶液的脱色率可达到100％.电气石含量为2％的复合材料光催化活性最高;甲基橙溶液初始浓度越小,光催化活性越高;复合光催化剂的最佳用量是3.0g·L-1.     

TiO_2/GO复合材料光催化降解大气中VOCs研究

为提高TiO_2光催化降解VOCs的活性,以氧化石墨烯(GO)作为光催化剂的载体,采用溶胶-凝胶法制备TiO_2/GO复合材料。利用SEM和XRD对样品进行分析表征。在紫外光照射下,以乙醇为目标污染物,分别以TiO_2和TiO_2/GO作为光催化剂,考察了TiO_2和GO负载比例对不同初始浓度VOCs光催化去除能力的影响。结果表明,复合材料中TiO_2以锐钛矿晶型为主,均匀地分散在片层GO表面,复合后减轻了TiO_2颗粒的团聚现象;TiO_2/GO对乙醇的光催化降解效率显著高于TiO_2;GO溶液浓度为1.0 g·L~(-1)时制备的TiO_2/GO(TG10)显示出较佳光催化性能,在乙醇浓度为8.24~14.22 g·m~(-3)范围内,TG10对乙醇的去除率可达90%以上。     

UV/TiO_2光催化氧化处理鲁奇废水生化出水的试验研究

采用UV/TiO_2反应体系对鲁奇废水生化出水进行了光催化氧化试验,考察了pH、TiO_2投加量、反应时间和外加H_2O_2对COD_(Cr)去除率的影响。结果表明:中性及酸性条件下更有利于UV/TiO_2光催化降解鲁奇废水生化出水中的COD_(Cr);在pH值=7和1.0 g/L TiO_2投加量条件下,反应4 h后,COD_(Cr)去除率为61.17%。UV/TiO_2反应体系外加一定量H_2O_2是否会提高其COD_(Cr)去除率与具体的反应体系有关。     

Sm~(3+)掺杂方式对TiO_2晶相及光催化性能影响的研究

采用共沉淀法和浸渍法分别制备了Sm~(3+)掺杂(Sm-TiO_2)和负载(Sm/TiO_2)的TiO_2光催化剂。通过XRD、TEM等对经过800℃高温焙烧的Sm-TiO_2和Sm/TiO_2样品的晶相、形貌和粒子大小进行了考察。结果表明,与共沉淀法相比,采用浸渍法时,Sm~(3+)的负载可以更有效地抑制TiO_2从锐钛矿到金红石的相变及TiO_2粒子的长大。这可能主要是因为采用浸渍法时Sm~(3+)更容易分散在TiO_2的表面上,阻挡了锐钛矿粒子之间的接触以及金红石在锐钛矿界面上的生成,从而抑制了TiO_2的相变及粒子长大。以光催化降解罗丹明B为模型反应,考察了Sm~(3+)掺杂和负载的TiO_2光催化材料的性能。结果表明,经过高温焙烧之后,Sm-TiO_2和Sm/TiO_2样品的光催化活性均远远高于TiO_2的光催化活性。而且Sm/TiO_2具有更高的光催化性能。     

紫外光照下用自制掺Fe~(3+) TiO_2催化降解二甲酚橙

以水热法制备了掺Fe⁽³⁺⁾的TiO_2粉末,用XRD测定了晶型,研究了以其为催化剂对二甲酚橙的光催化降解作用,分析TiO_2投放量、掺Fe(3+)的TiO_2粉末,用XRD测定了晶型,研究了以其为催化剂对二甲酚橙的光催化降解作用,分析TiO_2投放量、掺Fe⁽³⁺⁾量、二甲酚橙的初始浓度和溶液的初始pH等对光催化降解效率的影响。结果表明,用自制的掺Fe(3+)量、二甲酚橙的初始浓度和溶液的初始pH等对光催化降解效率的影响。结果表明,用自制的掺Fe⁽³⁺⁾A-TiO_2光降解二甲酚橙溶液的最佳条件是:催化剂用量为1.2 g/L,TiO_2掺铁量为7%(摩尔分数)、二甲酚橙溶液初始浓度为300 mg/L(pH=6)、室温下紫外光照(λ=365 nm)反应30 min,二甲酚橙的降解率(D%)最大,达到67.9%。     

TiO_2/g-C_3N_4的制备及光催化降解偏二甲肼废水

以钛酸丁酯为钛源采用水热合成法制备不同复合比的TiO_2/g-C3N4材料,借助XRD、FT-IR、TEM、UV-Vis DRS和PL对材料进行表征,并在可见光下进行偏二甲肼(UDMH)废水降解实验。考察了催化剂浓度、pH、UDMH初始浓度对降解效果的影响。结果表明,TiO_2/g-C3N4材料晶型结构完整,TiO_2以纳米颗粒形态在g-C3N4片层上均匀分布,拓展了可见光吸收范围,提升了对光生空穴-电子的分离能力。TiO_2与g-C3N4质量比为10%时,TiO_2/gC3N4光催化活性最佳,反应120 min对UDMH的降解率达到96.49%,相比g-C3N4提高了49.46%。     

氧化石墨烯–镝掺杂二氧化钛复合光催化材料的制备及光催化性能（英文）

以氧化石墨烯(GO)、钛酸四丁酯和硝酸镝为原料,用柠檬酸络合溶胶–凝胶法原位合成氧化石墨烯–镝掺杂二氧化钛(GO/Dy~(3+)–TiO_2),再经硼氢化钠还原得到还原氧化石墨烯–镝掺杂二氧化钛(r GO/Dy~(3+)–TiO_2)复合光催化剂。利用X射线衍射、透射电子显微镜、Raman光谱、荧光光谱对r GO/Dy~(3+)–TiO_2样品进行分析表征。研究了GO的引入对TiO_2晶体结构、形貌、光生载流子寿命和光催化活性的影响。结果表明:锐钛矿相Dy~(3+)–TiO_2呈纳米颗粒状均匀分布在r GO表面;GO的引入可抑制TiO_2晶粒长大及从锐钛矿向金红石的转变;r GO/Dy~(3+)–TiO_2复合光催化剂的光催化活性明显高于Dy~(3+)–TiO_2。     

TiO_2/g-C_3N_4的制备及光催化降解偏二甲肼废水

以钛酸丁酯为钛源采用水热合成法制备不同复合比的TiO_2/g-C3N4材料,借助XRD、FT-IR、TEM、UV-Vis DRS和PL对材料进行表征,并在可见光下进行偏二甲肼(UDMH)废水降解实验。考察了催化剂浓度、pH、UDMH初始浓度对降解效果的影响。结果表明,TiO_2/g-C3N4材料晶型结构完整,TiO_2以纳米颗粒形态在g-C3N4片层上均匀分布,拓展了可见光吸收范围,提升了对光生空穴-电子的分离能力。TiO_2与g-C3N4质量比为10%时,TiO_2/gC3N4光催化活性最佳,反应120 min对UDMH的降解率达到96.49%,相比g-C3N4提高了49.46%。     

可见光激发Pr~(3+)掺杂Y_2SiO_5/TiO_2膜对硝基苯的降解性能

采用溶胶-凝胶法制备了Pr~(3+)掺杂上转换材料Y_2SiO_5(Pr~(3+):Y_2SiO_5)与TiO_2的复合材料,并以玻璃片(GS)和玻璃纤维滤膜(GFF)为载体,附载形成Pr~(3+):Y_2SiO_5/TiO_2复合膜。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、荧光光谱仪和比表面积及孔径分析仪,对不同载体的Pr~(3+):Y_2SiO_5/TiO_2复合膜的结构性能进行了表征。以硝基苯为目标降解物,考察了薄膜中上转换材料Pr~(3+):Y_2SiO_5与TiO_2的最佳质量比和不同载体情况下复合膜的可见光催化性能。结果表明:Pr~(3+):Y_2SiO_5与TiO_2的最佳质量比为4%;GS复合膜和GFF复合膜对浓度为5 mg/L硝基苯溶液12h最佳降解率分别为80%和87%,重复使用4次后的降解率分别为58%和70%。GFF复合膜综合性能高于GS复合膜,前者对硝基苯在16h去除率可达97%,有机碳(TOC)去除率高达95%。