Ce掺杂TiO_2纳米粒子的制备及其光催化活性研究

以钛酸四丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了纯的和掺杂铈的TiO2纳米粒子,并利用XRD和UV-VIS对其进行表征,且在紫外光下,以甲基橙的光催化降解为模型反应,考察了TiO2纳米粒子的光催化活性和不同Ce掺杂量对光催化活性的影响。结果表明,Ce的掺杂抑制了锐钛矿晶粒的生长,并使TiO2纳米粒子的光谱响应范围拓展到可见光区,掺杂Ce的摩尔分数为0.05%时,TiO2纳米粒子具有最佳的光催化活性。     

碳酸银光催化性能研究

银系光催化剂制备方法简单且带隙较窄,在可见光照射下具有良好的光催化效果,因此受到人们的广泛关注。以罗丹明B为降解物,在模拟可见光条件下利用碳酸银进行光催化降解实验,比较同等条件下碳酸银和二氧化钛的光催化性能,探究了碳酸银在不同pH、降解物质量浓度和催化剂投加量条件下的光催化活性,并利用总有机碳（TOC）分析矿化程度。通过X射线衍射仪（XRD）、激光拉曼光谱仪（RRS）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）和紫外吸收光谱仪（UV-Vis）对碳酸银进行表征并分析其晶相组成。结果表明,在同等条件下碳酸银对罗丹明B的光催化降解速率远大于二氧化钛,并且在溶液pH小于7、碳酸银投加量为 1 g/L条件下催化剂对质量浓度为5 mg/L的罗丹明B染料的光催化降解效果最好,紫外灯照射100 min后罗丹明B染料降解率达到98%以上,最终矿化率达到66%。     

纳米二氧化铈的制备及光催化性能

介绍了一种以双氧水氧化硝酸铈[Ce(NO3)3],并用氨水沉淀制备纳米二氧化铈粉末（CeO2）的方法,用扫描电镜（SEM）观察了产物的颗粒形貌和粒度,分析了其制备过程中影响微观形态的因素。通过尾气降解试验装置研究了纳米CeO2对汽车尾气中的有害气体（HC、NOx）的光催化降解效能。结果表明：当Ce(NO3)3浓度为2.0 mol/L,氨水浓度为1.0 mol/L,选用乙醇和乙二醇为分散剂时,制备的球形纳米CeO2粒度在50 nm左右且分散性良好,对HC、NOx气体降解率可分别达12%和90%,具有良好的光催化性能。     

三聚氰胺改性木质素的制备及银离子吸附性能

以酶解木质素、三聚氰胺和甲醛为原料,通过接枝反应制备三聚氰胺改性酶解木质素(MEHL),并研究MEHL对银离子的吸附性能。接枝反应的研究结果表明,三聚氰胺和甲醛的添加量对产率有很大影响。酶解木质素、三聚氰胺、甲醛质量比为10:6:6,于90℃下反应4 h,所制得的MEHL的产率可达83.7%。红外光谱、热重和元素分析的结果表明,三聚氰胺成功接枝到酶解木质素分子上。MEHL的含氮量由酶解木质素的0.81%提高到18.55%。银离子的吸附研究表明,MEHL对银离子表现出很好的吸附性能。在银离子初始浓度为0.16 mol·L^-1,在MEHL用量为50 mg,吸附温度为30℃时吸附36 h,MEHL对银离子的吸附容量为944.1 mg·g^-1。     

聚苯胺/二氧化锰复合材料的制备及其光催化性能

以二氧化锰为模板,采用原位复合法合成聚苯胺/二氧化锰复合材料(PANI/Mn O2)。采用IR和XRD对产物进行表征,结果表明,复合材料中的聚苯胺是理想的翠绿亚胺结构,二氧化锰为四方晶系α-Mn O2。研究光催化剂用量、染料浓度和催化剂重复使用次数对光催化降解直接耐晒翠蓝的影响,结果表明,在染料直接耐晒翠蓝浓度10 mg·L-1、PANI/Mn O2催化剂用量0.010 g·(20 m L)-1和光照20 min条件下,直接耐晒翠蓝降解率达84.1%。     

Preparation of Ag-sensitized ZnO and its photocatalytic performance under simulated solar light

ZnO was prepared rapidly by microwave heating method. The results of scanning electron microscopy show that the leaflike ZnO is composed of self-assembled ZnO particles of 30–50 nm. Ag-sensitized ZnO composite was prepared by UV-photoreduction and glycol reduction, respectively. The composite was characterized by means of scanning electron microscopy, X-ray diffraction and photoluminescence. The ZnO and Ag/ZnO prepared were applied in photocatalytic degradation of phenol and methyl orange as model of organic pollutant in water under simulated solar light. The results show that Ag doping in both methods of UV-photoreduction and glycol reduction can remarkably improve the photocatalytic activity of ZnO under simulated solar light. The utilization ratio of Ag in glycol reduction is high and the optimum content of Ag in Ag/ZnO composite is only 1.33%. Therefore, the glycol reduction is a novel and excellent method for preparing Ag-sensitized ZnO composite with high photocatalytic activity.     

银掺杂纳米ZnO光催化性能的提高

分别采用水热法和还原法合成了不同掺杂浓度Ag的系列1和系列2光催化剂Ag/ZnO,其中系列1样品是由大量的球形纳米颗粒形成的团聚物;系列2样品是由大小、形状各异的多面体结构纳米颗粒堆积在一起。对两个系列样品中光降解率最高的两个样品光降解甲基橙溶液前、后进行了SEM、EDS和XRD的表征。光降解甲基橙实验表明,两个系列的样品的光降解率都大于纯ZnO样品,系列2样品光降解率都大于系列1样品。造成纯ZnO样品光降解率远低于系列1和系列2样品的光降解率是因为系列1和系列2样品中存在Ag纳米颗粒,而Ag纳米颗粒的加入整体提高了纳米ZnO样品光催化性能。系列2样品的光降解率远高于系列1样品是因为Ag⁺掺入ZnO晶体中,使其结构发生了变化。     

离子交换树脂法纳米CdS的制备及其光催化性能研究

以Cd(NO₃)₂·6H₂O和Na₂S为原料,采用强碱性阴离子交换树脂沉淀法制备了CdS纳米粒子,XRD和TEM对样品表征结果表明,CdS纳米粒子平均粒径为6.88 nm,颗粒大小较均匀,形貌为表面粗糙的球体。以CdS为催化剂,在太阳光下降解亚甲基蓝溶液2.5 h,降解率可达99.0%。重复使用催化剂5次,降解率仍可达98.1%,表明该催化剂具有较好的稳定性。     

CuCrO2-WO3的制备及光催化产氢性能

作为分解水制氢用光催化剂,p-n半导体物质的复合体具有较好的开发前景。燃烧法合成了p型半导体物质CuCrO₂,钨酸分解法合成了n型半导体物质WO₃,在此基础上经机械研磨及热处理的方法制备了CuCrO₂-WO₃和Ru/（CuCrO₂-WO₃）复合光催化剂。对制得的样品进行了X射线衍射（XRD）、紫外可见漫反射（UV-Vis DR）、扫描电镜（SEM）及X射线光电子能谱（XPS）表征分析。测定了CuCrO₂、WO₃、CuCrO₂-WO₃及Ru/（CuCrO₂-WO₃）在氙灯照射下的产氢活性,考察了研磨介质pH及钌负载量对CuCrO₂-WO₃光催化活性的影响。实验结果表明,CuCrO₂和WO₃单独使用时几乎没有活性,而复合催化剂CuCrO₂-WO₃在以甘油为电子给体的情况下具有产氢活性,研磨介质pH对复合催化剂的活性影响较大;负载钌后CuCrO₂-WO₃的活性得到进一步的提高,能分解纯水放出氢气,以0.5%Ru/（CuCrO₂-WO₃）为光催化剂,在300W氙灯照射下,3 h内分解纯水放出氢气约10 μmol。     

ZnO溶胶的制备及其抑菌性和光催化性能研究

以二水合醋酸锌和KOH为原料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面修饰剂,制备了稳定透明的ZnO溶胶。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外可见分光光度计、荧光光谱仪和高效液相色谱仪对其进行了表征和测试。考察了二水合醋酸锌、KOH和PVP的用量对ZnO粒径及溶胶稳定性的影响;以金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、洋葱假单胞菌、白色念珠菌和黑曲霉为测试对象,采用琼脂稀释法测定ZnO溶胶的最小抑菌浓度(MIC);并对亚甲基蓝、乐果和乙酰甲胺磷溶液进行光催化性能研究。实验结果表明:在添加10 mmol二水合醋酸锌、15 mmol KOH和1.6 g PVP的较佳条件下合成的ZnO溶胶最为稳定,ZnO粒径分布均匀;ZnO溶胶有效地抑制了菌种的生长,其对金黄色葡萄球菌和洋葱假单胞菌的抑菌效果最好;同时高效地降解了亚甲基蓝、乐果和乙酰甲胺磷溶液,表现出较好的光催化活性。     

锌锰铝水滑石的制备及其光催化性能

采用共沉淀法制备了不同金属阳离子物质的量比的锌锰铝水滑石(ZnMnAl-LDHs),并在不同温度下焙烧。通过XRD、SEM、UV-Vis和荧光等手段表征获得样品的表面形貌、晶型结构、光吸收特性及光生载流子的复合效率。通过在紫外光下降解中性红对制得的催化剂进行性能评价,结果表明,研究条件下ZnMnAl-LDHs-600的结晶度较好,ZnMnAl-LDHs-400的晶粒更小;恒定pH法制备的Zn_3Mn_1Al_1-LDHs-400和Zn_3Mn_1Al_1-LDHs-600适宜做光降解中性红的催化剂,催化速率分别为0.023 11 min~(-1)和0.023 54 min~(-1)。     

铅-二氧化钛薄膜的制备与光催化性能研究

以钛酸丁酯为前驱体,醋酸铅为铅物种掺杂给体,采用溶胶-凝胶法制备经铅掺杂改性的二氧化钛溶胶,利用浸渍提拉法在普通玻璃片上制备铅-二氧化钛薄膜,利用X射线衍射（XRD）及扫描电镜（SEM）测试手段对制备的样品进行表征,考察煅烧温度、掺铅量等影响因素。以甲基橙溶液为模拟污染物,30 W紫外灯为光源,考察了铅-二氧化钛薄膜的光催化活性。研究结果表明,掺杂适量的铅离子可以促进二氧化钛锐钛矿相含量的增加及晶粒尺寸的减小;随着煅烧温度的升高,铅-二氧化钛的结晶度提高,复合薄膜表面的二氧化钛颗粒形貌逐渐变为规则形状。当煅烧温度为600 ℃、铅质量分数为0.3%时,复合薄膜具有较好的光催化活性。     

镍钒复合催化剂的制备及其光催化性能

采用浸渍法制备了Ni-V-O/SiO2催化剂,并对其进行了XRD、UV-Vis和吡啶吸附FTIR等表征。在紫外光照下考察了催化剂热处理温度和Ni、V质量比对甲醇和CO2光催化羰基化性能的影响。结果表明,m(Ni)∶m(V)=6∶4,并于60℃热处理的Ni-V-O/SiO2催化剂对羰基化产物——甲酸甲酯(MF)和碳酸二甲酯(DMC)的总选择性达到了77.6%;吡啶吸附红外光谱表征结果显示,该样品表面存在L酸性位,经计算,表面L酸的含量达到了1.85 mmol/g。催化剂的表面L酸强度是影响羰基产物选择性的主要因素。     

烧结板状刚玉的制备及性能研究

烧结板状刚玉具有优异的体积稳定性、抗热震性、机械强度、耐磨性和抗酸碱侵蚀能力,极高的耐火度,优越的抗蠕变性和抗剥落性等特性,具有广泛的应用前景。采用超高温竖窑工艺制备烧结板状刚玉,研究了产品的显微结构和物理性能。结果表明,经1 900℃高温烧结后形成了板片状组织,晶内含有大量的圆形闭口气孔。物理性能测试表明,其体积密度为3.68 g/cm3,显气孔率小于3%,吸水率小于0.8%。     

磷酸银光催化性能提升与增强机制的研究进展

Ag₃PO₄是目前光催化效率最高的可见光光催化剂之一,在降解有机污染物、分解水制氢和CO₂还原等领域具有广泛的应用前景。但Ag₃PO₄光催化性能距离实际应用还存在一定差距,化学性质也不稳定,因此对其性能提升受到了各国研究者的关注。围绕Ag₃PO₄纳米化、形貌控制、异质结构等提升光催化性能的途径及其增强机制进行阐述,其中与Ag₃PO₄形成异质结构是目前提升其光催化性能的最主流的方法,Ag₃PO₄与金属氧化物、卤化物、硫化物、有机半导体、单质金属形成的异质结构均有效改善了其光催化性能,最后还对Ag₃PO₄基光催化剂未来的发展趋势进行了展望。     

复合电沉积制备TiO_2/泡沫镍光催化材料及其催化活性

采用复合电沉积方法制备了TiO2/泡沫镍光催化材料,通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散谱（EDS）分别对纳米复合镀层进行了形貌和成分表征,同时研究了在镀液中添加不同表面活性剂对光催化材料镀层的影响。讨论了TiO2/泡沫镍光催化材料对大肠杆菌和小球藻的光催化活性。结果表明：在本实验的电沉积工艺条件下,泡沫镍基底上获得了微粒分布均匀、Ti的质量分数为5.97%的纳米TiO2-Ni复合沉积层。添加了阴离子表面活性剂的光催化材料表面TiO2颗粒具有良好的分散性。TiO2/泡沫镍光催化材料处理含大肠杆菌水样,反应30 min灭活率达到60.1%,反应2 h灭活率达到99.9%;处理水中的小球藻溶液,初始3 h内,小球藻溶液中所含叶绿素a从初始的98.2 mg/m3降至38.2 mg/m3。     

载银二氧化钛光催化杀菌性能的研究

以偏钛酸为前驱体,浸渍一定浓度的硝酸银溶液,用热沉积法制备出载银二氧化钛。用XRD测定载银二氧化钛的结构,扫描电镜观测形貌,研究了载银量、光强、二氧化钛浓度、细菌浓度对光催化杀菌的影响。结果表明:制备的粉体为超细锐钛矿型二氧化钛,颗粒为均匀的类球形,粒度约为100～200nm。在二氧化钛颗粒上负载约1.6%的银可以扩展光源利用范围至可见光,光催化作用与银协同杀菌;但银量过高,则主要体现银的杀菌效果。光强增加,杀菌效果提高;二氧化钛的浓度为1.5g/L时杀菌效果最好;细菌浓度低于106细胞/mL时,载银二氧化钛杀菌率可以达到90%以上。     

超临界流体干燥法制备TiO2柱撑膨润土及光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法结合超临界流体干燥技术制备了TiO2柱撑膨润土复合光催化剂，通过XRD、BET和FT-IR等分析方法对复合催化剂的物相组成、比表面积和键合状况等物化性能进行了表征，并以Cr(Ⅵ)的光催化还原反应考察其光催化性能。结果表明，用超临界法制备的复合催化剂具有大孔、锐钛矿晶型和沉降性能好等特点，且可实现晶化、干燥一步完成；该复合催化剂的光催化活性接近P25 TiO₂，且明显比空气干燥法制备的高。对于初始浓度为25 mg·L^－1的Cr(Ⅵ)离子，在最佳反应条件2.5 g·L^－1 TiO₂ 柱撑膨润土、溶液初始pH为3.0时，其光催化还原率达到77.6%。     

载银TiO2薄膜制备及其光催化灭菌性能

在硫酸电解液中,用阳极氧化法在纯钛表面制备了纳米多孔TiO₂薄膜,并通过光沉积法进行了载银修饰。采用XRD、SEM对薄膜的形貌与相结构进行了表征,并考察了电流密度、电压和电解液浓度等对生成的TiO₂薄膜光催化灭菌性能的影响。结果表明：TiO₂薄膜由锐钛矿型和金红石型组成。随电压升高,金红石型的含量逐渐增多,微孔孔径增大,在电流密度为150 mA•cm^-2时,分别由120 V时的19%和93 nm增加到180 V时的96%和283 nm。电流密度的适当增大和适量的载银修饰有助于提高TiO₂薄膜光催化灭菌性能。在1 mol•L^-1硫酸溶液中,140 V/150 mA•cm^-2条件下制备的TiO₂薄膜,经3 g•L^-1硝酸银溶液中载银修饰后灭菌效果最佳。     

硼氮共掺杂TiO2粉末制备及光催化活性研究

采用溶胶-凝胶法制备硼氮共掺杂TiO₂光催化剂,利用X射线衍射、X射线光电子能谱及紫外-可见光漫反射光谱手段对制备的催化剂进行表征。结果表明,硼和氮均以间隙方式进入TiO₂晶格中,形成Ti-O-B、Ti-O-N和Ti-O-B-N结构,提高了催化剂活性;B-N-TiO₂吸收带边明显红移,表明催化剂对可见光吸收增强。可见光降解甲基橙结果表明,B-N-TiO₂的活性明显高于B-TiO₂和N-TiO₂,说明硼氮共掺杂改性对提高TiO₂可见光活性具有协同作用。