La掺杂TiO2介孔微球的超声水热合成和光催化性能

以钛酸四丁酯为钛源、硝酸镧为镧源、十二胺为模板剂,采用超声?水热法合成了La3+掺杂介孔TiO2微球,并利用XRD、XPS、TEM、BET、UV-Vis、IR、FL等手段表征了材料的结构、形貌、比表面积、孔径分布及光学性能.研究结果表明,适量La3+离子掺杂不仅能使介孔TiO2晶粒细化,比表面积增大,荧光强度减弱.La3+/TiO2的光吸收边红移,并具有比商业P25更好的光催化活性,其中介孔La3+/TiO2(2.0at%)的比表面积和平均孔径分别为132.7 m2/g和8.67 nm,光催化降解初始浓度为40 mg/L的亚甲基蓝溶液120 min时,其降解率达到98.5%,表现出最强的光降解能力.     

聚乙二醇聚合度对介孔η-Al2O3纤维形貌及吸附能力的影响

分别以2种不同聚合度的聚乙二醇（PEG）PEG600和PEG2000为模板导向剂,采用水热法合成η-Al₂O₃（PEG600）和η-Al₂O₃（PEG2000）介孔纤维,借助XRD、TEM和N₂吸附测试对材料进行表征,研究了PEG聚合度对介孔η-Al₂O₃纤维性质的影响。通过静态吸附平衡实验考察了介孔η-Al₂O₃纤维对亚甲基蓝的吸附特性。结果表明：2种模板导向剂均可用于合成介孔η-Al₂O₃纤维。PEG聚合度对介孔结构、比表面积、孔体积和孔径有较大影响。η-Al₂O₃（PEG600）的比表面积和孔体积分别为189.899 m²·g^-1和0.329 cm³·g^-1,分别是η-Al₂O₃（PEG2000）的1.4倍和1.2倍,平均孔径也比η-Al₂O₃（PEG2000）的大。2种介孔η-Al₂O₃纤维对亚甲基蓝的吸附机制均为多分子层吸附。根据BET多层分子吸附方程计算得η-Al₂O₃（PEG600）和η-Al₂O₃（PEG2000）对亚甲基蓝的平衡吸附量分别为256.391 3 mg·g^-1和204.045 9 mg·g^-1。     

介孔TiO2的合成及其对刚果红的吸附性能

分别以硫酸钛和钛酸丁酯为原料,采用水热法制备介孔TiO2,对制得的样品进行X射线衍射、N2吸附-脱附、表面羟基面密度测定等表征,并以刚果红为目标污染物研究样品的吸附性能。结果表明:所得样品均为介孔材料;由硫酸钛和钛酸丁酯制备TiO2的比表面积分别为153.2、314.3 m2/g,对刚果红的吸附率分别达到90%和70%以上,吸附速率符合拟二级动力学方程。     

介孔SiO_2/膨胀石墨复合材料的直接合成及其对染料的吸附性能

采用简单的一步水热合成法,在含有模板剂、铝盐、膨胀石墨和硅源的水溶液中,利用铝盐水解后所产生的弱酸性环境,直接制备出介孔SiO_2/膨胀石墨复合材料,考察了铝盐的添加量对所得复合材料结构和性能的影响。采用XRD、N_2吸附和SEM对介孔SiO_2/膨胀石墨复合材料的结构和形貌进行了表征。以亚甲基蓝为目标污染物分子,系统评价了复合材料的吸附性能。结果表明,合成时铝盐的添加量在很大范围内变化(r_(Al/Si)=0.25~2.0,体系pH值为3.1~2.3)均可获得具有较大比表面积和孔体积的介孔SiO_2/膨胀石墨复合材料,且介孔SiO_2以多层膜的形式生长在膨胀石墨碳层上;当r_(Al/Si)=0.25、0.5、1.0时,复合材料孔道有序规整;当rAl/Si=1.0、2.0时,复合材料中介孔孔道规整性下降。介孔SiO_2/膨胀石墨复合材料吸附亚甲基蓝的饱和吸附量在52~55mg·g~(-1)左右,吸附行为主要符合Langmuir方程和伪二级动力学模型。     

介孔材料CO2吸附性能的研究进展

介孔材料以其适中的孔径、大的比表面积、较高的热稳定性和水热稳定性,在吸附、催化、分离等方面有着广阔的应用前景。综述了近年来介孔材料在CO2吸附领域的研究进展,重点介绍了介孔材料及改性介孔材料吸收CO2的方法;并指出以新材料特别是介孔材料为主体进行碳捕集是今后的主要研究方向。     

TEPA-AM修饰的介孔材料吸附CO2性能的研究

将丙烯酰胺(AM)改性的四乙烯五胺(TE-PA)负载到介孔材料孔道内,形成氨基改性的CO2吸附材料。利用X射线衍射(XRD)、氮气物理吸附-脱附(BET)、红外等方法对样品进行了表征。通过动态吸附法研究了材料的CO2吸附和脱附性能,并与TEPA负载的吸附材料进行了比较。研究结果表明,在制备介孔分子筛MCM-41的过程中得到的一种结构规整度低的材料对TEPA-AM具有较好的分散性能,经过TE-PA-AM修饰的该材料表现出良好的CO2吸附性能,当TEPA-AM负载量达60%,该材料的吸附能力达到159.1mg/g;经过12次循环使用吸附量不下降。     

介孔TiO2/WO3空心球的制备及其可见光光催化性能

以硫酸氧钛和偏钨酸铵为前驱体, 以柠檬酸作为络合剂, 采用喷雾干燥-高温煅烧两步法制备了介孔TiO₂/WO₃空心球复合材料。利用SEM、TEM、BET、XRD、UV-Vis DRS等手段对样品的形貌、微结构、比表面积、晶相组成和光学性能进行了表征和分析, 以亚甲基蓝为模拟降解物考察其光催化性能。结果表明: 复合材料为介孔空心球状结构, 球体分散好, 直径主要分布在1 μm左右; 球壁由纳米颗粒和空隙构成, 随着煅烧温度的升高, 颗粒粒径不断增大, 空隙孔径不断增大。性能研究结果表明, TiO₂与WO₃复合后, 样品对光的吸收范围扩展到了可见光区域, 这有利于提高太阳光的利用率; 当前驱体中WO₃含量为3mol%, 样品的煅烧温度为500℃时, 复合材料具有最好的光催化性能: 对亚甲基蓝降解率可达99.1%, 而P25的降解率仅为29.5%。     

MoS2/有序介孔碳复合材料的制备及性能研究

采用水热法合成了纯MoS2及MoS2/有序介孔碳复合材料(MoS2/OMC)。X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)及循环伏安曲线(CV)等分别用来表征样品的结构、形貌及电化学性能。实验结果表明,以钼酸钠和硫脲分别为钼、硫源合成的MoS2/OMC复合材料的性能较纯MoS2有明显提升。MoS2/OMC复合材料的首次放电容量达到1247mAh/g,第二、三次的放电容量分别为948mAh/g、894mAh/g,容量保持率为94%。二、三次充、放电曲线的近乎重合及高倍率下的高放电容量,亦表明该复合电极有极佳的循环稳定性及良好的可逆性。     

MoS2/有序介孔碳复合材料的制备及性能研究

采用水热法合成了纯MoS2及MoS2/有序介孔碳复合材料(MoS2/OMC)。X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)及循环伏安曲线(CV)等分别用来表征样品的结构、形貌及电化学性能。实验结果表明,以钼酸钠和硫脲分别为钼、硫源合成的MoS2/OMC复合材料的性能较纯MoS2有明显提升。MoS2/OMC复合材料的首次放电容量达到1247mAh/g,第二、三次的放电容量分别为948mAh/g、894mAh/g,容量保持率为94%。二、三次充、放电曲线的近乎重合及高倍率下的高放电容量,亦表明该复合电极有极佳的循环稳定性及良好的可逆性。     

三维蠕虫状介孔二氧化硅对CO2吸附性能的研究

研究了有机胺固载3D蠕虫状介孔二氧化硅MSU-J的表面结构、介孔类型、氮含量以及吸附温度对CO_2吸附性能的影响,并采用傅里叶红外光谱、透射电镜、N_2吸附/脱附、热重分析和元素分析等方法研究了介孔结构和CO_2吸附性能。结果表明,采用浸渍法对MSU-J进行氨基改性的效率明显高于接枝法,产物具有较高的CO_2吸附量,且水化处理后介孔MSU-J表面的Si-OH得以再生使氨基的负载量增加,CO_2吸附量从43.2mg/g增加到52.6mg/g。与SBA-15相比,氨基改性后MSU-J的CO_2吸附量从28.4 mg/g增加到154.5 mg/g,远大于前者的23.4~65.4mg/g。吸附温度对MSU-J吸附CO_2的影响很大,且随吸附温度降低,吸附量升高,在室温时达最大值125mg/g,故MSU-J的低温吸附性能优异。     

弱酸介质中介孔Zr-SiO_2的合成及形貌控制

直接在介孔SiO_2中掺杂金属Zr不是十分容易,这主要是由于在强酸介质中,Zr往往不能与Si源一起共缩合而被沉积到介孔SiO_2骨架中。因此,本文采用原位一步合成法,在含有模板剂、盐酸、醋酸锌的弱酸性水溶液中添加Si源和Zr源,通过原位共沉积,直接制备出具有介孔结构的Zr-SiO_2材料。研究结果表明:当合成母液中Zr与Si的摩尔比r≤0.2∶1时,所得样品具有高度有序的介孔结构;继续增加Zr的添加量(r=0.3或0.5)会使有序孔的规整性下降。随着合成体系中r从0.01变化到0.2,样品晶胞参数由9.7nm增加到10.9nm,孔壁厚度由1.4nm增大到2.6nm,证明了Zr对介孔SiO_2骨架的有效掺杂。通过改变样品中的Zr掺杂量还可以调控所得Zr-SiO_2材料的形貌,获得具有蠕虫状、葡萄状和麦粒状等形状规整的粒子。介孔Zr-SiO_2材料在去除水体中有机染料亚甲基蓝中表现出良好的性能。     

功能化壳聚糖改性中空介孔SiO2

以通过溶胶-凝胶法制备的中空介孔SiO₂（HMSiO₂）纳米微球为骨架材料,通过反相微乳液合成使天然高分子壳聚糖（CTS）沉积在HMSiO₂纳米微球表面,随后在铈离子引发下于CTS表面进行丙烯腈接枝共聚并偕胺肟化,制备HMSiO₂复合壳聚糖接枝聚偕胺肟（PAO）复合纳米粒子（HMSiO₂@CTS-g-PAO）。通过FTIR和XRD对HMSiO₂@CTS-g-PAO复合纳米粒子的结构进行表征。采用SEM和激光粒度分析仪对HMSiO₂@CTS-g-PAO复合纳米粒子的形貌和粒径进行探究。结果表明：HMSiO₂@CTS-g-PAO复合纳米粒子的内层为HMSiO₂,外层为CTS-g-PAO,是典型的核-壳纳米粒子。以K₂Cr₂O₇为Cr源,探究HMSiO₂@CTS-g-PAO复合纳米粒子对Cr^Ⅵ的吸附。结果表明,HMSiO₂@CTS-g-PAO复合粒子对Cr^Ⅵ的吸附过程符合伪二级吸附动力学,主要为化学吸附,对pH=2.0、浓度为91.4 mg/L的K₂Cr₂O₇溶液中铬的最大吸附量高达3.28 mmol/g。     

硫化锌/铁酸铜复合材料的制备及其光催化性能研究

在水和乙二醇溶液体系中,采用水热法制备了硫化锌/铁酸铜(ZnS/CuFe₂O₄)复合材料,采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对材料的结构和形貌进行了表征,考察了不同制备温度和时间下复合材料对亚甲基蓝的光催化降解,结果表明:水热温度为120℃,时间12h,对亚甲基蓝的降解效果最佳,可达98.2%。     

Large-sized nano-TiO2/SiO2 mesoporous nanofilm-constructed macroporous photocatalysts with excellent photocatalytic performance

Novel large-sized mesoporous nanofilm-constructed macroporous SiO₂ (LMNCMS) with two sets of well-defined 3D continuous pass-through macropores (pore size of 0.5–1.0 μm, wall thickness of 40–50 nm) was prepared through a dual-templating approach, and used as an advanced support for TiO₂ nanocrystalline photocatalyst. The structural and optical properties of the as-prepared materials were investigated by various characterization techniques in order to explore the connections between catalysts’ features and catalytic performance. The photocatalytic activities were evaluated by degradations of methylene blue (MB) and phenol under the simulated sunlight irradiation. To gain insight into the impact of preparation and operation conditions on photocatalytic degradation processes, experiments were conducted at wide ranges of the TiO₂ loading content, calcination temperature, solution pH, and photocatalyst dosage. Nano-TiO₂/LMNCMS exhibited high photocatalytic activity and stability. Rapid matter transport, good accessibility of pollutants to TiO₂ and high light harvesting could mainly account for the superior photocatalytic performance. The trapping experiments were performed to identify the main reactive species in the catalytic reactions.     

N2 adsorption curve of mesoporous SiO2: A neglected characterization technique

Mesoporous SiO₂ sieve and SiO₂ nanoparticles were synthesized by a traditional method in the presence and absence of tri-block copolymer surfactant P123 as structure directed agent respectively. The characterization results show that the mesoporous SiO₂ sieve has larger specific area (789 m²/g) than SiO₂ nanoparticles (373 m²/g), and there exists a substantial difference in the N₂ adsorption curves between the two samples. A speculative scheme shows that the formation of bottleneck during the N₂ adsorption process of mesoporous SiO₂ sieve should be responsible for the phenomenon.     

ZnO纳米线/大孔SiO2复合物的制备及吸附性能

采用Zn(Ac)₂/聚乙二醇600(PEG600)/H₂O三元混合溶液作为前驱物,通过100~200 ℃温度范围内的两阶段加热使Zn(Ac)₂水解,再经过高温煅烧使ZnO晶种在SiO₂孔壁上形成.以锌氨络合物为锌源,在90 ℃下热分解后生成的Zn(OH)₂沉积在孔道中,并在100 ℃下利用水热合成原位制备ZnO纳米线,通过改变三元前驱物组分用量以调节ZnO晶种的尺寸与分布,进而控制纳米线的形貌,最终获得了直径为15~20 nm的ZnO纳米线,其以无规线团形貌均匀填充于三维孔道中.XRD和拉曼光谱表明纳米线为六方纤锌矿型ZnO晶体.考察了ZnO纳米线/大孔SiO₂复合物对猪胰脂肪酶的吸附性能,实验测得复合物的吸附量是单纯大孔SiO₂材料的5~6倍,其最大固定量为286.8 mg·g^-1,最高酶活为425.5 U·g^-1,被固定的酶蛋白在缓冲溶液中经过48 h浸泡不易脱落,且活性保持稳定.     

介孔TiO_2的合成及其对氟离子的吸附性能研究

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,采用水热法制备了介孔TiO2,对制得的样品进行了XRD、TEM、N2吸附-解吸表征,并探究了不同吸附条件对样品吸附性能的影响。结果表明,所得样品为窄孔道分布,其比表面积为161.2m2/g,最可几孔径为5.2nm;与非介孔TiO2相比,介孔TiO2对氟离子的吸附性能明显优越,其对氟离子的吸附速率符合Bang-ham吸附速率方程,吸附量随氟离子浓度的增大而增大,而且吸附符合Langmuir等温吸附方程,属于放热吸附。     

CuFe2O4/纳米纤维素磁性复合材料的制备及催化性能

采用简单易行的一锅溶剂热法原位合成CuFe₂O₄/纳米纤维素（CuFe₂O₄/CNC）磁性复合材料,并研究CuFe₂O₄/CMC磁性复合材料催化剂在NaBH₄作用下催化还原4-硝基酚（4-NP）性能。结果表明:所制备的CuFe₂O₄/CNC磁性复合材料为单一尖晶石结构,具有超顺磁性,纳米颗粒尺寸约为10 nm,其饱和磁化强度为33.15 emu·g-1。与CuFe₂O₄纳米颗粒相比,CuFe₂O₄/CNC磁性复合材料的比表面积提高到89.9 m2·g-1（CuFe₂O₄纳米颗粒的比表面积为53.9 m2·g-1）。CNC有助于改善CuFe₂O₄的单分散性,且对4-NP的吸附作用能加快反应的传质速率。将CuFe₂O₄/CNC磁性复合材料用于催化还原4-NP,反应符合一级动力学特征;当CNC的添加量为0.2 g时,可以将4-NP（100 μL,0.005 mol·L-1）溶液在25 s催化还原完全,表现出优异的反应活性。催化剂循环使用5次后,对4-NP的转化率仍能保持90%以上。