Fe(III)/rGO/Bi2MoO6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/Bi₂MoO₆复合催化剂(Fe(III)/rGO/Bi₂MoO₆), 通过外加H₂O₂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Fe³⁺/Fe²⁺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、H₂O₂含量以及pH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, ?O₂^-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/Bi₂MoO₆光催化-芬顿协同降解苯酚的机理。     

Sr_6Bi_2O_9的制备及其可见光催化性能研究

以Bi(NO_3)_3·5H_2O和Sr(NO_3)_2为原料,采用溶胶-凝胶法合成了Sr_6Bi_2O_9光催化剂。使用X射线衍射(XRD)、紫外-可见光漫反射(UV-Vis DRS)和傅里叶红外光谱(FT-IR)等对Sr_6Bi_2O_9催化剂的结构进行了表征。Sr_6Bi_2O_9样品的光催化性能是通过在可见光下(λ≥400nm)光催化降解直接耐酸大红(4BS)溶液来评估。实验结果表明,经过800℃焙烧处理的Sr_6Bi_2O_9光催化剂对模拟印染废水4BS显示出优异的降解性能,60min内对4BS的去除率高达98%。此外,研究了反应条件如有机物初始浓度、Sr_6Bi_2O_9投加量、溶液pH值对催化剂的光催化活性的影响。并进一步通过紫外-可见光谱分析结果验证了光催化剂对4BS的降解机理。     

Bi_2O_3/ZnO复合材料的制备及太阳光处理孔雀石绿的应用研究

以竹纤维为模板,五水合硝酸铋[Bi(NO_3)_3·5H_2 O]和二水合醋酸锌[Zn(OAc)2·2H_2 O]为原料,采用浸渍-热转化法制备一系列Bi含量不同的氧化铋(Bi_2O_3)/氧化锌(ZnO)复合材料。通过热重分析、扫描电子显微镜、X射线衍射等方法对复合材料进行分析表征。以孔雀石绿染料为模拟污染物,在太阳光照射下进行光降解实验,探究了煅烧温度和Bi掺杂量对复合材料光催化活性的影响。研究结果表明:复合材料保持了竹纤维模板物的纤维形貌;煅烧温度和Bi掺杂量对Bi_2O_3/ZnO光催化性能影响显著。600℃煅烧2h制备的Bi掺杂量为2.5%(摩尔分数)的Bi_2O_3/ZnO催化剂对孔雀石绿降解效果最佳,太阳光照射240min后对100mL质量浓度为20mg/L的孔雀石绿降解率可达95.84%。催化剂重复利用4次后对孔雀石绿的催化降解率仍可保持在92%以上。     

生物质基碳材料的制备及其在电芬顿降解体系中的应用

偶氮类染料因其色度高、毒性大的特点,借助传统处理方法很难对其进行有效降解。高级氧化技术中的阴极电芬顿法利用H_2O_2和Fe~(2+)生成氧化能力较强的羟基自由基(·OH),从而实现水体中偶氮染料的高效降解。该研究选取生活中常见且蛋白质含量较高的韭苔为前驱体,以KHCO_3为活化剂,高温热解制备生物质基碳电极材料(CS-R),并成功应用于电芬顿法降解甲基红(MR)体系。经过对所制备得到的系列样品进行优化筛选,CS-3表现出良好的氧还原性能,其作为阴极电催化剂对MR染料的降解效率在60min时达到了99%。研究结果表明,高的比表面积、氮含量、石墨化程度和超亲水性对于生物质基碳材料的电芬顿降解性能至关重要,这为电芬顿体系阴极材料的选择、制备提供了技术指导。     

改性BiOBr复合光催化剂的制备及性能研究

采用一步溶剂热法将半导体材料溴化氧铋(BiOBr)与钛酸铋(Bi_4Ti_3O_(12))复合,制备了Bi_4Ti_3O_(12)/BiOBr复合光催化剂,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等表征手段对其进行表征,并在7W LED灯照射下对罗丹明B(RhB)进行光催化反应。结果表明:合成的Bi_4Ti_3O_(12)/BiOBr复合光催化剂具有较好的结晶度和较高的光催化活性;反应时间与反应温度对光催化剂活性有显著影响,当反应时间为24h、反应温度为180℃时,复合光催化剂的降解率最大,可达85.1%;污染物RhB的初始质量浓度对降解率也有影响。     

β_2-SiW_(11)/PANI/SnO_2三元复合催化剂的制备及光催化性能

以杂多酸盐β_2-K_8SiW_(11)O_(39)·14H_2O为掺杂剂,采用固相法制备了β_2-SiW_(11)/PAIN/SnO_2三元复合催化剂,并用红外光谱、X-射线粉末衍射和扫描电子显微镜等手段对其进行了表征。以亚甲基蓝染料废水(8 mg/L)为探针反应,评价了其光催化性能,与一元催化剂SnO_2、β_2-SiW_(11)和二元催化剂/PAIN/SnO_2比较,三元催化剂β_2-SiW_(11)/PAIN/SnO_2表现出较高的光催化降解性能,经30W紫外灯照射120min后,其降解率为94.63%,光催化降解亚甲基蓝为一级动力学反应。     

rGO/ZnO纳米复合材料的制备及其光催化降解性能及机理研究

采用一锅法制备具有可见光活性的还原氧化石墨烯(rGO)/ZnO纳米复合材料，将其应用于光催化降解罗丹明B(RhB),并获得了优异的降解效果。结果表明：该复合材料具有六方纤锌矿结构，rGO均匀包覆在ZnO上，表面光滑呈现出颗粒及不规则片状。rGO/ZnO对RhB的降解率为97.8%,催化活性优于单独的ZnO。自由基捕获实验表明，光催化降解RhB的活性物种主要是·OH^-和·O^-₂,并由此推测了光催化降解机理。     

中空Fe_3O_4-PB复合纳米粒类Fenton催化降解苯酚

针对广泛存在于水体中的酚类污染物,本研究制备了磁性中空四氧化三铁(Fe_3O_4)纳米颗粒,在其表面包覆普鲁士蓝(PB)纳米壳层,记为Fe_3O_4-PB,利用Fe离子体系(Fe~(2+),Fe~(3+))的类芬顿(Fenton)效应降解水体中的苯酚污染物。首先对所得复合纳米粒子的理化性能及纳米酶性质进行表征,研究材料在H_2O_2存在条件下的Fenton效应,进而考察其对苯酚的降解移除以及循环使用性能。结果显示,Fe_3O_4-PB在H_2O_2存在的条件下能使3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)发生显色反应,证明其具有纳米酶效应。此外,与辣根过氧化氢酶(HRP)相比,Fe_3O_4-PB在不同pH值、温度范围情况下均表现出更稳定高效的过氧化物模拟酶性能。同时Fe_3O_4因内核具有良好的磁响应性,在外加磁场辅助下,易于从反应体系中磁分离并进行循环利用,而经八次循环使用后,Fe_3O_4-PB仍保持约60%的活性,显示了良好的循环使用性能。     

CuS纳米片修饰Bi_5O_7I复合材料用于光催化还原Cr(Ⅵ)水溶液（英文）

光催化技术以其高效、安全、低成本的优势,被广泛研究用于去除污水中有毒副作用的重金属Cr(Ⅵ)。制备半导体复合材料是一种可以有效提高半导体光催化性能的途径。本研究通过简单的水热法合成了CuS纳米片修饰的Bi_5O_7I复合材料,并且表征和评估了其在可见光下对Cr(Ⅵ)的光催化还原活性。与纯Bi_5O_7I微米棒及纯CuS样品相比,CuS/Bi_5O_7I复合催化剂对Cr(Ⅵ)水溶液具有更高的光催化降解活性。在相同的可见光辐照条件下,15wt%CuS修饰的复合样品,光催化降解Cr(Ⅵ)的反应常数是纯/Bi_5O_7I样品的20倍,纯CuS样品的4.3倍。对比样品的比表面积、光致发光谱和电化学阻抗谱的测试结果发现,复合样品表现出更高的催化效率是由于CuS/Bi_5O_7I具有更大的比表面积、更宽的光吸收区域及更高的光生电子–空穴对的分离和传输效率。本研究还提出了CuS/Bi_5O_7I复合材料光催化降解Cr(Ⅵ)的机理。     

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。     

稀土离子La~(3+)掺杂花形状Bi_2O_3的制备及光催化活性研究

以硝酸铋和硝酸镧为原料,采用水热法制备了形貌可控的花形状Bi_2O_3和La~(3+)掺杂Bi_2O_3光催化剂,利用X射线衍射、透射电镜、能谱、N2吸附-脱附和紫外-可见近红外光谱法等方法对材料的结构和形貌进行表征。通过紫外-可见吸收光谱法研究了催化剂对罗丹明B(RhB)光催化降解效率。结果表明:样品具有可控形貌的花形状结构及较窄的孔径分布(3.624nm),当稀土离子La~(3+)掺杂到花形状Bi_2O_3后,不仅是原Bi_2O_3的花形结构没有破坏,而且光吸收范围拓展到600nm左右。利用模拟太阳光(氙灯,350W,λ420nm)光源,对RhB进行光催化降解时,产生了良好光催化活性,其光催化活性明显高于纯Bi_2O_3纳米颗粒和花形状Bi_2O_3,光照180min后,降解效率达到99.1%以上。     

溶胶-凝胶法制备Bi_4Ti_3O_(12)/SiO_2及其光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备石英砂负载Bi_4Ti_3O_(12)/SiO_2光催化材料,研究负载对Bi_4Ti_3O_(12)的物理性质和光催化活性的影响。结果表明,负载后的层状钙钛矿结构Bi_4Ti_3O_(12)包覆在非晶态石英砂球体表面,Bi_4Ti_3O_(12)中各元素的电子结合能没有发生改变。活性艳红X-3B在纯Bi_4Ti_3O_(12)和不同负载量x Bi_4Ti_3O_(12)/SiO_2上的吸附率不超过3%。负载后Bi_4Ti_3O_(12)的光催化活性均有提高,其中质量分数为50%负载量的Bi_4Ti_3O_(12)/SiO_2具有最高的活性。在Bi_4Ti_3O_(12)和质量分数为50%负载量的Bi_4Ti_3O_(12)/SiO_2上的光催化反应速率常数分别为0.021 s-1和0.027 s-1。     

Fe掺杂纳米ZnO的制备及其光催化性能研究

以醋酸锌和Fe(NO)_3·9H_2O为原料,采用水热法制备了Fe掺杂的纳米ZnO。利用XRD、SEM等方法对所制得的样品的结构及形貌进行表征,以亚甲基蓝为模拟染料废水,分别考察了反应温度、pH、掺杂比例、催化剂用量和亚甲基蓝pH对其光催化性能的影响。结果表明,在反应温度为150℃,Fe/Zn掺杂比为0.05,pH为11时,催化剂光催化性能较优;催化剂投加量为1.00g/L,亚甲基蓝废水pH为11时,亚甲基蓝的降解率达到93%。Fe~(3+)掺杂到ZnO晶格中。     

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%。     

Bi2S3@BiOBr的原位合成及其可见光催化性能

采用溶剂热法合成BiOBr空心微球,并利用简单的离子交换原位生成Bi_2S_3,得到类核-壳结构的Bi_2S_3@BiOBr复合光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(FE-SEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段对催化剂进行表征,并对其进行光电化学性能测试。实验表明,BiOBr与Bi_2S_3形成的异质结促进了光生载流子的转移和分离。Bi_2S_3@BiOBr在可见光作用下可以有效降解甲基橙,当Bi_2S_3的摩尔分数为8%时,样品具有最好的光催化性能。·O_2~-和h~+是Bi_2S_3@BiOBr光催化降解甲基橙的主要活性物种。     

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。     

H_4SiW_(12)O_(40)复合电纺纤维膜的制备及光催化性能

采用静电纺丝法制备了硅钨酸(H_4SiW_(12)O_(40))/聚己内酰胺(PA6)复合纳米纤维膜和H_4SiW_(12)O_(40)/醋酸纤维素(CA)复合纳米纤维膜。通过扫描电镜和红外光谱对其形貌和结构进行表征,同时利用这2种纤维膜对甲基橙(MO)溶液在紫外光下进行催化降解。研究结果发现,2种聚合物PA6或CA与H_4SiW_(12)O_(40)之间均存在协同作用,且显著提高了对MO的光催化降解速率。但H_4SiW_(12)O_(40)/PA6复合纤维膜对MO的光催化降解效果更好,其光催化降解速率几乎是H_4SiW_(12)O_(40)/CA复合纤维膜的4倍。     

H_4SiW_(12)O_(40)复合电纺纤维膜的制备及光催化性能EI北大核心CSCD

采用静电纺丝法制备了硅钨酸(H_4SiW_(12)O_(40))/聚己内酰胺(PA6)复合纳米纤维膜和H_4SiW_(12)O_(40)/醋酸纤维素(CA)复合纳米纤维膜。通过扫描电镜和红外光谱对其形貌和结构进行表征,同时利用这2种纤维膜对甲基橙(MO)溶液在紫外光下进行催化降解。研究结果发现,2种聚合物PA6或CA与H_4SiW_(12)O_(40)之间均存在协同作用,且显著提高了对MO的光催化降解速率。但H_4SiW_(12)O_(40)/PA6复合纤维膜对MO的光催化降解效果更好,其光催化降解速率几乎是H_4SiW_(12)O_(40)/CA复合纤维膜的4倍。     

三维介孔Bi_2WO_6光催化剂的制备及无机离子对其光催化活性的影响

以硝酸铋、钨酸铵为起始原料,采用水热法合成介孔Bi_2WO_6光催化剂,借助X射线粉末衍射(XRD)、固体紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、电子扫描电镜(FE-SEM)和透射电镜(TEM)对催化剂的物相组成、形貌和光吸收特性进行表征,并推测三维球状介孔Bi_2WO_6的形成机理;研究溶液pH值和环境水体中常见无机离子对Bi_2WO_6光催化降解亚甲基蓝的影响。结果表明:在强酸条件下,Bi_2WO_6表现出更高的光催化活性;环境水体中的无机离子对亚甲基蓝的光催化降解影响显著,阳离子如Fe~(3+),NH~+_4以及阴离子如卤素离子对其光催化降解具有很强的促进作用,Cu~(2+)和NO~-_2几乎无影响,而Fe~(2+)对其则具有明显抑制作用。     

Ag-Ag_2O/Bi_2WO_6光催化剂的合成及其光催化性能

水热法合成了Bi_2WO_6催化剂后,将Ag-Ag_2O负载在Bi_2WO_6上,制备出新型Ag-Ag_2O/Bi_2WO_6异质结光催化剂,通过XRD,SEM,TEM,UV-Vis DRS等一系列测试手段对光催化剂进行了形貌、结构、吸光性能等性质的表征,并以罗丹明B(Rh B)为目标污染物研究催化剂的光催化活性。结果表明制备的Ag-Ag_2O/Bi_2WO_6异质结光催化剂主体为立体花球状结构,直径约2μm,具有较大的比表面积,且对可见光的吸收范围有明显增加(从442红移至594nm),催化活性亦高于未负载的Bi_2WO_6,反应120min后,Ag-Ag_2O/Bi_2WO_6对罗丹明B(Rh B)的降解率可达96.20%,在重复4次降解实验之后,其光催化活性虽然有一定损失,但光催化性能仍优于其余两组催化剂。