MWNTs/Fe_2O_3的光催化性能及机理分析

以多壁碳纳米管(MWNTs)、氨水(NH_3·H_2O)和九水合硝酸铁[Fe(NO_3)_3·9H_2O]为原料,采用共沉淀法得到前驱体,经高温煅烧制得MWNTs/Fe_2O_3,利用XRD、TEM、UV-Vis和FT-IR等对其结构特性进行分析。以偏二甲肼废水为目标降解物评价了MWNTs/Fe_2O_3的光催化活性,并对光催化机理进行了分析。结果表明,MWNTs的引入可以改变氧化铁(Fe_2O_3)的晶型,同时使Fe_2O_3的粒径减小,并增加催化剂的吸附能力。另外,Fe—O—C化学键的形成使Fe_2O_3和MWNTs之间形成联合电子系统,有利于电子转移,电子-空穴对复合率有效降低。羟基自由基在MWNTs/Fe_2O_3光催化降解偏二甲肼过程中起主要作用。当pH值为7,MWNTs/Fe_2O_3用量为1.0g/L,光催化降解120min,对20mg/L的偏二甲肼的降解率可达98.1%,比相同条件下二氧化钛(TiO_2)的降解率高39.2%。     

一种新型石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合材料的制备及光催化应用

二维石墨烯优异的理论电子迁移率,为石墨烯与粉煤灰地质聚合物的复合以及半导体光生电子的传输提供了理论依据。本工作首次报道了石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合光催化材料的制备,并将其应用于光催化染料降解的探索性研究。XRD、FESEM、XPS及FT-IR结果表明:粉煤灰颗粒与碱性激发剂反应,生成Si-O-Si(Al)无定形网络结构的石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合材料,Co~(2+)掺杂的Fe_2O_3以无定形态均匀地分布于石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合材料表面。Co~(2+)-10Fe_2O_3-GAFG复合材料对碱性品蓝染料展现出最高的光催化降解活性,归因于Co~(2+)掺杂提供给Fe_2O_3半导体的施主能级,石墨烯对Fe_2O_3光生电子的快速传输,以及羟基自由基(·OH)对染料分子氧化降解的协同作用。该光催化降解反应符合二级反应动力学。     

一种新型石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合材料的制备及光催化应用

二维石墨烯优异的理论电子迁移率,为石墨烯与粉煤灰地质聚合物的复合以及半导体光生电子的传输提供了理论依据.本工作首次报道了石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合光催化材料的制备,并将其应用于光催化染料降解的探索性研究.XRD、FESEM、XPS及FT-IR结果表明:粉煤灰颗粒与碱性激发剂反应,生成Si-O-Si(Al)无定形网络结构的石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合材料,Co2+掺杂的Fe2O3以无定形态均匀地分布于石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合材料表面.Co2+-10Fe2O3-GAFG复合材料对碱性品蓝染料展现出最高的光催化降解活性,归因于Co2+掺杂提供给Fe2O3半导体的施主能级,石墨烯对Fe2O3光生电子的快速传输,以及羟基自由基(·OH)对染料分子氧化降解的协同作用.该光催化降解反应符合二级反应动力学.     

Fe(Ⅲ)/rGO/Bi_2MoO_6复合光催化剂制备及光催化芬顿协同降解苯酚

光催化–芬顿技术耦合可高效降解有机污染物。本研究采用溶剂热法制备了Fe(Ⅲ)掺杂rGO/Bi_2Mo O_6复合催化剂(Fe(Ⅲ)/rGO/Bi_2Mo O_6),通过外加H_2O_2构建了光催化–芬顿协同体系,可见光照射3 h后对苯酚的降解率(82%)远高于单独光催化(18%)或芬顿反应(48%),进一步优化条件对苯酚可实现完全降解。这主要是通过Fe得失电子实现价态的转变,并以此作为桥梁实现光催化–芬顿的协同作用。同时石墨烯的优异导电性能不仅克服了光催化中光生电子空穴难以分离的问题,而且促进了Fe~(3+)/Fe~(2+)的循环反应,促使芬顿反应产生更多的羟基自由基(·OH),进一步提高了苯酚的降解效率。实验考察了Fe(Ⅲ)含量、催化剂投加量、H_2O_2含量以及p H等因素对协同降解效果的影响。淬灭实验证明·OH是协同降解体系中最主要的活性物种,·O_2~–和h~+对降解活性也会产生一定的影响,结合实验结果提出了Fe(Ⅲ)/rGO/Bi_2Mo O_6光催化–芬顿协同降解苯酚的机理。     

GO增强g-C3N4气凝胶的可见光响应及其光催化降解偏二甲肼废水

以超声剥离、溶液交联和冷冻干燥的方法制得系列GO/g-C3 N4气凝胶材料,优化配比参数,通过SEM,XRD,UV-vis吸收光谱等表征材料物化性能,以光催化降解偏二甲肼(UDMH)废水评估材料的光催化活性.纯g-C3 N4气凝胶以介孔结构为主,随着氧化石墨烯(GO)配比的提高,材料的层状结构、大孔结构逐渐增加,均表现出了较强的吸附性能;GO的质量分数为25％时光催化降解UDMH废水效果最佳、性能稳定,5次循环后,光催化活性仅降低了7.15％.通过能带结构、光电效应及PL谱表征,研究发现g-C3 N4分子轨道能级和带隙(Eg)因受GO层间π-π键与g-C3 N4芳香环的交联作用影响,而提高了对可见光的响应性能;GO的金属特性有利于光生电子空穴对的快速分离,进而提高光催化活性;根据带隙计算及材料本征分子轨道特性,GOCN光催化降解UDMH废水的主要活性物质为·O-2,h+.     

Fe_3O_4/G-BiOCl纳米复合光催化剂的制备及光催化性能研究

以自制的氧化石墨烯、BiOCl/Fe_3O_4为原料,以水合肼为还原剂,制备出Fe_3O_4/石墨烯(G)-BiOCl复合光催化剂。运用X射线衍射、透射电镜和扫描电镜对Fe_3O_4/G-BiOCl的组成和形貌进行了表征,运用振动样品磁强计对其磁性进行了测试;对照研究了Fe_3O_4/G-BiOCl、BiOCl/Fe_3O_4和纯BiOCl对罗丹明B的光催化降解能力以及Fe_3O_4/G-BiOCl光催化活性的循环稳定性。结果表明:Fe_3O_4/G-BiOCl复合光催化剂分布均匀,具有超顺磁性;Fe_3O_4/G-BiOCl的光催化性能优于纯BiOCl和BiOCl/Fe_3O_4,可回收再利用,并具有良好的循环稳定性。     

TiO_2/MWNTs/Al_2O_3复合分离膜的制备及其水处理性能

以氧化铝陶瓷膜为基底,采用化学气相沉积法制备了具有光催化性能的TiO2/多壁碳纳米管(MWNTs)/Al2O3复合分离膜,通过控制TiO2的沉积时间实现对膜孔径的有效调控.实验结果表明,当化学气相沉积时间为10min时,复合膜具有较好的纯水通量、截留性能和光催化性能.根据紫外漫反射谱图(DRS)分析,TiO2/MWNTs/Al2O3复合分离膜比单独的TiO2/Al2O3复合分离膜具有更好的光吸收性能,能量色散X射线光谱(EDX)的元素分布图显示,TiO2纳米颗粒均匀分布于复合膜表面.以浓度为15mg/L的腐植酸为目标物,考察了复合光催化膜的水处理性能,结果表明,光催化与膜分离耦合工艺可以显著提高有机污染物的去除效率,60min内对腐植酸的去除率可达80.9%,相比于单独的膜分离工艺高12.2%;同时能够有效缓解膜面污染,连续运行5h后,耦合工艺下复合膜的渗透通量比单独膜分离高70.9%.     

α-Fe_2O_3氧化铁纳米颗粒的合成、表征及光催化性能研究

采用溶剂热法,以硝酸铁为铁源,十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂,合成了α-Fe_2O_3纳米颗粒。采用X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)对样品进行了分析。把α-Fe_2O_3纳米颗粒用于光催化降解有机染料罗丹明B,并和商业Fe_2O_3粉体比较,结果发现,α-Fe_2O_3光催化活性明显高于商品Fe_2O_3粉体。     

不同晶相Bi_2O_3粉体的制备与表征

以Bi(NO_3)_3·5H_2O为主要原材料,利用共沉淀法制备α、β、γ3种不同晶相的Bi_2O_3粉末。利用X射线衍射、扫描电镜、紫外-可见光分光光度计对样品进行表征,结果表明:制备的α-Bi_2O_3粉末为长条状颗粒,β-Bi_2O_3粉末为不规则颗粒状,γ-Bi_2O_3粉末呈现为四面体颗粒。以质量浓度为10 mg/L的罗丹明B溶液为降解目标,考查不同晶相Bi_2O_3对罗丹明B的光催化降解性能,发现γ-Bi_2O_3粉末的光催化性能最佳,降解效率可达62. 5%。利用第一性原理对α、β、γ3种晶相Bi_2O_3的能带结构进行计算,计算结果表明:3种晶相Bi_2O_3的导带均主要由O 2p轨道构成,价带主要由Bi 6p轨道构成。光催化过程中,电子可从价带跃迁到导带参与化学反应,从而使罗丹明B溶液发生降解。     

Fe_2O_3-AgBr纳米纤维光催剂的制备及其光催化性能研究

采用静电纺丝技术合成Fe_2O_3纳米纤维,然后采用沉积沉淀法将AgBr颗粒沉积在Fe_2O_3纳米纤维上,制备了Fe_2O_3-AgBr纳米纤维光催化剂。SEM测试表明该材料纤维直径为50~100nm,TEM和XRD结果表明Fe_2O_3-AgBr是由Fe_2O_3和AgBr组成的半导体纳米纤维。同时,研究了该材料的光催化性能。结果表明:在可见光照射下,经过90min后,Fe_2O_3-AgBr纳米纤维光催化剂对罗丹明B(RhB)的降解效率达到了93.25%,且循环测试实验表明,经过4次循环后该材料仍能降解81.6%的RhB,具有较高的稳定性和回收再利用性。     

掺N多孔碳/Fe_3O_4复合材料的制备与电容性能研究

以原位聚合法制备的煤基聚苯胺为C、N源,羰基铁粉为催化剂,高温催化裂解制得掺N量为0.256%(wt,质量分数,下同)的多孔碳/Fe,再通过液相氧化法或高温水汽法处理,均成功制备出掺N多孔碳/Fe_3O_4。扫描电镜、红外光谱、X射线衍射和电容性能测试表明,在煤/苯胺质量比为1∶1、煤基聚苯胺/羰基铁粉质量比为1∶1、热解温度为1000℃、热解时间为3h,并经液相化学氧化法处理制得的掺N多孔碳/Fe_3O_4复合材料的电容特性较好,在1A/g的电流密度下,单极比电容达到392.45F/g,比能量达到65.95Wh/kg,比功率达到546.96W/kg。掺入的N主要以叔芳胺的形式存在于多孔碳中,多孔碳与Fe_3O_4之间有较强的界面作用。液相化学氧化法制备的Fe_3O_4大多在多孔碳外或多孔碳的孔隙中沉积,分散性更好,表现出比高温水汽法更好的储能作用。     

花瓣状Fe_3O_4/Bi_2O_3复合粒子的制备及光催化活性

用共沉淀法制备的Fe3O4纳米粒子作为种子,通过水热法获得了微米尺寸的Fe3O4/Bi2O3复合粒子。X射线衍射和X光电子能谱表征结果说明复合粒子是由Fe3O4和Bi2O3组成。扫描电子显微镜照片表明复合粒子形貌基本呈规则球形,并且具有花瓣状的三维多级结构。以罗丹明B的催化降解实验为模型考察了不同反应组成、不同反应介质、不同反应温度条件下制备的复合粒子的催化活性。结果表明,当反应条件中m(Bi(NO3)3·5H2O)/m(Fe3O4)为1.9 g∶0.2 g,水作反应介质在160℃时,所制备的复合粒子催化活性最高,对罗丹明B的降解率达95.4%。降解完成后,用磁铁吸附,Fe3O4/Bi2O3很快从体系中分离,可以重新催化降解罗丹明B,实现磁场控制的循环催化。实验发现,Fe3O4/Bi2O3经6次循环利用后,对罗丹明B的降解率仍达88.5%。     

不同形貌α-Fe2O3的水热法制备及性能研究

以Fe(NO_3)_3·9H_2O为原料,聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂,NaOH、Na_2CO_3、CH_3COONa为形貌改变剂,采用水热法制备出不同形貌的α-Fe_2O_3,并研究了不同因素对产物形貌的影响。利用SEM、EDS、XRD、FTIR等手段对其物相及微观形貌进行表征,并探讨其生长机理。通过光催化降解酸性大红模拟废水考察不同形貌α-Fe_2O_3的光催化性能,实验结果表明,类桑葚状α-Fe_2O_3对酸性大红模拟废水的降解效果最好,降解率高达99.01%,具有潜在的光催化应用前景。     

纳米ZnFe_2O_4的制备及其光催化降解苯酚的协同效应

在干法室温条件下,利用滚压振动磨将金属锌制备成粒度大约40nm的锌粉,用化学共沉淀法制备粒度为10nm左右的Fe3O4。利用Zn-Fe3O4水解系统制备纳米ZnFe2O4,当温度达到300℃后,XRD图上明显出现ZnFe2O4的各个衍射峰,由透射电子显微镜可知,300℃和320℃时得到的纳米粒子都在20nm左右。分别用电子衍射、高分辨电镜对两个样品进行了表征。在距离6cm的30W紫外灯照射下,光催化降解苯酚的实验表明光催化降解的效率顺序为:ZnFe2O4-ZnO-Fe2O3>ZnO-Fe2O3>ZnFe2O4>ZnO>Fe2O3。     

棒状α-Fe_2O_3/ZnO复合物的制备及其光催化性能

以硝酸锌(Zn(NO_3)_2)、硝酸铁(Fe(NO_3)_3)和氢氧化钠(NaOH)为原料,采用液相沸腾回流法制得了不同长径比的棒状α-Fe_2O_3异质复合ZnO光催化剂。用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)及紫外-可见漫反射光谱(UV-visDRS)等多种手段对产物进行表征。以"三致"污染物五氯酚为降解对象,考察了紫外-可见光照下样品的光催化效果。结果表明,棒状α-Fe_2O_3/ZnO复合光催化剂的性能与其α-Fe_2O_3的含量密切相关。当α-Fe_2O_3与ZnO的物质的量比为1∶5时,样品光催化活性最高,4h内即可将五氯酚降解完全。     

可磁分离ZnFe2O4-TiO2/还原氧化石墨烯复合材料的制备及光催化性能

以TiO2(P25)、 Fe(NO3)3·9H2O、 Zn(NO3)2·6H2O和氧化石墨烯(GO)为原料,通过一步溶剂热法合成可磁分离的ZnFe2O4-TiO2/还原氧化石墨烯(rGO)复合材料。采用UV-Vis、 Raman、 XRD、 SEM和EDS对ZnFe2O4-TiO2/rGO复合材料进行表征,并研究不同rGO比例的ZnFe2O4-TiO2/rGO对模拟染料废水亚甲基蓝(MB)的光催化降解性能。GO在溶剂热反应过程中,被还原成rGO。由于ZnFe2O4和rGO的加入,不仅使ZnFe2O4-TiO2/rGO实现对可见光的吸收,而且使其具有磁性,便于分离和回收利用。当GO质量分数为5wt%时, ZnFe2O4-TiO2/rGO显现出对MB最佳的光催化活性, 60 min光照后的降解率达到99.1%。通过光催化活性物种捕获实验得出ZnFe2O4-TiO2/rGO复合材料降解MB的过程中,活性物种主要为·OH和·O2-, TiO2导带(CB)中的光生电子(e+)转移到ZnFe2O4的价带(VB),遵循Z型转移机制。光催化剂稳定性实验表明, ZnFe2O4-TiO2/rGO复合材料具有优越的稳定性,可作为太阳光照射下降解有机染料的光催化剂。     

金属氧化物改性InVO_4的制备及光催化还原CO_2

采用高温固相法和浸渍法制备了InVO_4、NiO/InVO_4、Fe_2O_3/InVO_4、CuO/InVO_4光催化剂,并将催化剂应用于光催化还原CO_2/H_2O悬浮体系中。对样品进行红外光谱、X射线衍射、比表面积测试分析和扫描电镜表征,研究了不同金属氧化物掺杂InVO_4等对光催化CO_2的影响。结果显示:InVO_4、NiO/InVO_4、Fe2O3/InVO_4、CuO/InVO_4呈正交相,且结晶良好。Fe_2O_3负载的InVO_4光催化活性最高。在光催化剂用量为1.5g/L,反应时间为7h,温度为70℃,CO_2流量为200mL/min时,甲醇的产率最高为2.156μmol/(h·gcata)。     

铁掺杂纳米TiO2的制备及其光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂Fe3 的纳米TiO2微粒,采用X光衍射仪对粉体进行了表征.以甲基橙为目标降解物,研究了Fe3 掺杂纳米TiO2光催化性能.结果表明,掺杂适量Fe3 能够提高TiO2的光催化活性,当Fe3 的掺入量为摩尔比0.41%时催化活性最高.以紫外灯为光源,降解初始浓度为20mg·L-1的250mL甲基橙溶液,催化剂0.41%(摩尔分数)Fe3 -TiO2投加量为0.5g时,甲基橙的光催化降解效果最好.     

Bi_(12)TiO_(20)粉体的熔盐法制备及光催化性能研究

以TiO_2(P25)和α-Bi_2O_3为原料,NaCl-KCl(摩尔比为1∶1)为熔盐,采用熔盐法制备出不同前躯体比例(α-Bi_2O_3/TiO_2)和不同煅烧时间的Bi12TiO20纳米粉体。利用X射线衍射、紫外-可见漫反射和扫描电子显微镜等表征手段对样品进行表征,发现熔盐法制备的粉体具有颗粒均匀和形貌单一等优点。通过在可见光照射条件下降解罗丹明B(RhB)活性的研究,探讨了其光催化能力及降解机理。结果表明:前躯体摩尔比为4,煅烧时间2h制备的纳米粉体具有最好的光催化性能,这主要是因为其具有较规则的暴露晶面和存在的异质结结构,有利于光生电子-空穴对的分离。     

纤维素水凝胶包覆Fe_3O_4类Fenton纳米催化剂的制备及其催化降解性能

采用纤维素水凝胶包覆Fe_3O_4颗粒,制备得到核壳结构的羧甲基纤维素聚丙烯包覆Fe_3O_4类Fenton纳米催化剂(CMC-co-AA/Fe_3O_4),并应用于降解偶氮染料酸性大红GR。考察了体系pH值、催化剂用量、染料初始浓度等参数对降解效果的影响。SEM和FT-IR分析结果表明水凝胶成功地包覆在Fe_3O_4颗粒表面,且壳层厚度为20~30nm。XRD分析显示,包覆层不影响纳米Fe_3O_4的晶型结构,纳米催化剂在使用过程中仍保持Fe_3O_4磁响应性能,能够有效地分离回收。相比传统的Fe_3O_4纳米催化剂,包覆型CMC-co-AA/Fe_3O_4纳米催化剂水溶液显示出了较好的均一分散性。且当pH3直至中性条件下,此时传统未包覆的Fe_3O_4纳米催化剂对酸性大红GR的降解率为0,而CMC-co-AA/Fe_3O_4纳米催化剂的降解率仍能维持36%,说明了水凝胶壳层结构赋予CMC-co-AA/Fe_3O_4纳米催化剂较宽的pH适用范围。重复试验表明,该纳米催化剂在循环使用四次后,对染料的降解率仍能保持98%左右。