双配体Zn-MOF/g-C3N4复合材料的制备及光催化性能

为了进一步拓展MOF-5在光催化降解污染物方面的应用，本研究以MOF-5为原料，采用水解再生法使MOF-5水解并再生为一种新型、水稳定性好的双配体Zn-MOF(D-MOF)，同时将其与g-C₃N₄耦合，制备出性能优异的光催化材料D-MOF/g-C₃N₄(DMG)。通过X-射线粉末衍射、扫描电镜、紫外-可见漫反射、N2吸附-脱附等手段对复合材料DMG进行表征；采用光催化降解亚甲基蓝(MB)来研究复合材料的光催化活性，同时优化复合材料的最佳配比。结果表明：复合材料DMG有优异的光催化性能，经300 W氙灯照射60 min后对MB的降解率可达到92.79%，其降解速率分别是纯D-MOF和g-C₃N₄的1.62倍和6.49倍，同时对复合材料DMG进行光催化机理试验并提出其光催化降解MB的可能机理。本研究为水稳定性较差的金属-有机框架材料的优化提供了一种新的思路。     

基于杉木模板的Zn2+掺杂TiO2的光催化性能研究

  目的  针对木材加工行业带来的加工剩余物浪费问题,本研究以杉木为模板,通过浸渍–煅烧的方法,制备具有木材分级多孔结构的Zn2+掺杂TiO₂复合光催化剂,利用木材加工剩余物的高值化利用的方式提高光催化材料的性能。  方法  以亚甲基蓝溶液为降解对象,探讨了不同的Zn2+掺杂对木材模板TiO₂的光催化活性的影响,并结合XRD、SEM、XPS、BET、TEM和UV-vis等表征分析探讨模板二氧化钛的光催化降解机制。  结果  以杉木为模板的Zn-TiO₂具有良好的孔隙结构,其晶型为锐钛矿型和少量的金红石型的混晶结构,平均晶粒尺寸为22.0 nm。掺杂的Zn2+取代了Ti4+的晶格的位置,使TiO₂吸收波长在可见光区发生红移。在紫外光照射条件下,杉木模板1.0%Zn-TiO₂对亚甲基蓝的降解效率最高,达到了99.31%,相比无模板TiO₂提升了27%,同时其禁带宽度相比于无模板TiO₂从3.08 eV减小至2.41 eV。在循环降解亚甲基蓝的实验中,5次降解效率均达到90%以上。  结论  采用木材模板法制备的Zn-TiO₂光催化降解有机污染物性能优异,具有良好的稳定性。木材独特的孔隙结构有利于光的吸收和传质,较高的比表面积为光催化提供了更多的活性位点。Zn2+与被替代的Ti4+由于半径和价态差异使晶格内产生晶格缺陷,抑制了光生电子–空穴的复合,增加了载流子的运输,从而提高光催化性能。将木材剩余物的加工与多孔无机材料领域相结合,对木材加工剩余物的功能化转变具有潜在的应用前景。      

TiO2/MIL-53(Al)和TiO2/Al2O3催化剂的制备及其光催化性能研究

采用溶剂热法合成了MIL-53(Al),以此为载体负载TiO_2制备得到TiO_2/MIL-53(Al)光催化剂用于污水中次甲基蓝的催化降解研究,并与传统载体材料Al_2O_3负载的TiO_2催化剂的光催化效果进行比较。样品通过热重-差热扫描量热(TG-DSC)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、N_2物理吸附-脱附等方法进行表征。采用光度吸收法分析污水中次甲基蓝的降解率,结果显示,TiO_2/MIL-53(Al)光催化剂对次甲基蓝的光催化降解率达到98.6%,而TiO_2/Al_2O_3光催化剂对次甲基蓝的降解率只有70.3%,TiO_2/MIL-53(Al)光催化剂对污水中次甲基蓝的降解去除能力明显优于TiO_2/Al_2O_3光催化剂对次甲基蓝的降解去除能力。     

微波加热硝酸氧化改性稻壳基生物质炭对Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的吸附作用

通过研究四种改性生物质炭吸附重金属离子Pb(Ⅱ)和阳离子型染料亚甲基蓝的动力学效应、等温吸附效应、溶液初始pH效应和共吸附效应,探讨微波辅助加热在生物质炭氧化改性中的作用。结果表明,改性稻壳基生物质炭能够有效吸附Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝,吸附容量显著高于初始生物质炭。Langmuir方程和Freundlich方程能很好地拟合改性稻壳基生物质炭吸附Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的等温数据(R20.90)。改性生物质炭吸附Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的动力学研究显示,改性稻壳基生物质炭对Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的吸附主要发生在前2 h内,吸附过程符合伪二级动力学模型。随着溶液中pH的增大,Pb(Ⅱ)的去除率迅速增加,并在pH6时达到最大,亚甲基蓝的去除率在实验pH范围内也随pH缓慢上升,在pH为8~9时达到最大并逐渐趋于平衡。Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的共吸附效应表明,随着摩尔比值[MB/Pb(Ⅱ)]的增大,亚甲基蓝抑制了改性稻壳基生物质炭对Pb(Ⅱ)的吸附。微波加热硝酸氧化改性显著提高600℃热裂解生物质炭对Pb(Ⅱ)的吸附性能和300℃热裂解生物质炭对亚甲基蓝的吸附性能。     

预增压对稻秸水热炭化的影响

[目的]为降低水热炭化的能耗及反应时间,设计开发预增压水热炭化工艺。[方法]以稻草为原料,通过FT-IR、XRD、BET等表征及对亚甲基蓝的吸附性能分析,研究增压介质和压力对水热炭化升温耗时、耗电以及对生物炭的影响规律。[结果]预增压后总升温时间最大可缩短63.917%,升温速率提高2.772倍,电加热效率提高1.657倍;水热反应体系的压力增加对炭产物表面官能团组成、产物晶相结构、表面积和吸附性能无显著影响,但可加快水热炭化进程,反应体系压力增加提高了体系中的底物浓度,从而使暴发聚合反应的饱和浓度提前出现;氦气比空气介质更有利于缩短水热反应周期,但节能效率及炭产物表面OH类官能团含量略低,可能与介质中氧浓度有关。所制炭对亚甲基蓝的吸附等温曲线符合Freundlich模型,样品的1/n在0.5~1.0,表现为优惠型吸附。[结论]该研究可为开发预增压水热炭化工艺提供科学依据。     

还原剂改性生物炭吸附亚甲基蓝的动力学

选用还原剂改性生物炭,以亚甲基蓝为目标污染物,试验研究还原剂改性生物炭吸附亚甲基蓝的动力学行为。结果表明,亚甲基蓝在小麦秸秆生物炭上的吸附速率快,亚甲基蓝的吸附去除大部分发生在反应的初始60 min内,准二级动力学、Elovich和双常数动力学模型能对试验数据进行较好的非线性拟合。吸附可能为化学吸附,并伴随有显著的扩散速率机制。当p H值为9时,还原剂改性小麦秸秆生物炭对亚甲基蓝的去除率最高。Na2SO3改性、Fe SO4改性小麦秸秆生物炭对亚甲基蓝的去除率分别达到79.92%、63.94%。     

掺铁纳米氧化锌的制备及其光催化性能的研究

用溶胶-凝胶法制备了掺铁纳米ZnO光催化剂,用XRD,FT-IR,UV-Vis和FS等方法对其结构进行了表征,以紫外灯为光源,甲基橙为目标化合物对其光催化活性进行了研究.结果表明:制得的掺铁纳米ZnO为六方晶系结构,平均粒径为34.5 nm;纳米ZnO的最佳掺铁量为0.5%,最佳煅烧温度为350℃,最佳煅烧时间为3 h;在甲基橙溶液初始浓度为20 mg/L,pH值为7,催化剂用量为0.1 g时,紫外光照射4 h降解率达到85%;甲基橙的光催化降解符合动力学一级反应.     

纳米MnO2改性木材对甲醛的光催化降解研究

以杉木为载体,低温水热工艺制备出纳米MnO₂改性木材光催化复合材料,考察了不同HCI摩尔比、光照强度、降解时间、用量对甲醛的降解性能的影响。结果表明:随着制备MnO₂改性杉木材料时的HCI摩尔比的增加,其对甲醛的降解率先增加后降低;而随着降解时间的增加其甲醛降解率逐渐趋于平缓。MnO₂改性杉木材料在室温阳面自然光照射下对甲醛的催化降解72 h达到92.42%;而甲醛降解率随着白炽灯功率增加却呈下降的趋势。当用0.9 g的MnO₂改性杉木材料在白炽灯15 W的照射下,HCI浓度为2 mol·L^-1时,降解时间3 h,甲醛催化降解率达到98.37%。     

TiO2/AC负载型光催化剂的制备及光催化性能的研究

利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM),对溶胶-凝胶法中不同煅烧温度条件下合成的TiO2/AC负载型光催化剂的表面形貌、分布均匀性、粒径大小及晶型等进行了表征;通过亚甲基蓝溶液光催化降解试验,对TiO2/AC负载型光催化剂的催化性能进行了测试.结果表明,经400℃煅烧制备而成的TiO2/AC负载型光催化剂的表面TiO2纳米粒子分布均匀、无明显的团聚现象,在紫外光灯的照射下对亚甲基蓝的降解率在2 h内可达68.30%,经6次重复使用后其催化降解率仍能达到60%以上,表明该催化剂具有良好、稳定的催化性能和较高的循环利用价值.     

静电纺丝技术制备镨掺杂的二氧化钛纤维及其光催化性能的研究

为了提高TiO_2对水体中有机染料污染物的光催化降解效率(PCD),需要开发新颖的制备技术以获得光催化性能优异的TiO_2材料。本文利用静电纺丝法技术制备了硝酸镨(Pr(NO_3)_3)掺杂的钛酸正丁酯(TBT)-聚乙烯吡咯烷酮(PVP)复合纤维,通过调节Pr(NO_3)_3的加入量,以及500℃煅烧获得了不同摩尔比的Pr掺杂TiO_2(Pr/TiO_2)纤维。利用场发射扫描电镜(FESEM)、热重分析仪(TG-DSC)、X-射线衍射仪(XRD)、红外光谱(FTIR)等技术对所制备的纤维进行了表征。以水溶液中的亚甲基蓝(MB)作为目标降解物,研究了不同摩尔比Pr/TiO_2纤维的光催化性能。实验结果表明:Pr掺杂能够有效提高TiO_2纤维的光催化性能,但是掺杂存在着最佳比例;本实验中的Pr/TiO_2纤维最佳摩尔比为0.1%。MB在80 min时的PCD达到了97.0%。PCD动力学结果表明,反应符合一级反应动力学方程。重复利用实验显示Pr/TiO_2纤维具有重复使用性能好的优点。     

水中2,4-二氯苯酚的光催化降解研究

以高压汞灯、紫外灯、氙灯和太阳光为光源,进行了ZnO、ZnS、TiO2及纳米TiO2对2,4-二氯苯酚溶液的光催化降解研究。结果表明,ZnO、ZnS、TiO2及纳米TiO2对2,4-二氯苯酚均有较强的光催化效果;在相同催化剂浓度下,以ZnO的催化效果最好,其次是TiO2;4种光源中以高压汞灯下的光解最快,太阳光次之;纳米TiO2对2,4-二氯苯酚的光催化降解属于一级动力学反应;曝气能加快2,4-二氯苯酚的光催化降解。     

负载TiO2/WO3粉煤灰分子筛表征及对水中高浓度活性红X-3b光催化性能

用水热合成法将热电固废粉煤灰制备成分子筛F,将其作为材料基板,用浸渍法分别负载TiO_2/WO_3,制成粉煤灰分子筛光催化剂Ti/F、W/F、W&Ti/F。通过SEM-EDS、XRD和BET对4种材料作表征,研究催化剂光催化去除水中高浓度活性红X-3b效果及反应动力学特性。结果表明,F中含Ti不含W,Ti主要以金红石型TiO_2单晶存在。与F相比,Ti/F新增TiO_2晶型为钛锐型TiO_2,Ti以锐钛型和金红石型混晶存在;F负载WO_3改变表面结构,平均孔径增加,活性红吸附率增加,W取代F中金红石型Ti明显降低Ti含量;W&Ti/F的Ti、W双负载(0.5:0.5)使Ti和W负载量分别高于Ti/F和W/F,但锐钛型和金红石型混晶TiO_2量明显低于Ti/F,光催化活性低于Ti/F。Ti/F、W/F、W&Ti/F、F均对水中高浓度活性红X-3b具有光催化活性。催化活性成分主要为锐钛型和金红石型TiO_2。Ti/F光催化效果最好;在最优条件下,紫外光照630 min,2 000 mg·L~(-1)活性红X-3b去除率为95.74%;其次为F,93.83%;W&Ti/F和W/F去除率分别为87.78%和87.60%。光催化反应20℃下符合一级动力学反应,40℃下符合二级动力学反应。Ti/F和F分子筛对2 000 mg·L~(-1)活性红X-3b具有高光催化活性,使光催化处理活性红X-3b浓度范围显著提高。     

CuO/MWCNTs复合材料降解双酚A的光催化性能

为改善氧化铜（CuO）的光催化性能,将CuO和多壁碳纳米管（MWCNTs）结合制备了CuO/MWCNTs复合材料。利用扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和紫外-可见漫反射（UV-Vis DRS）分析对Nano-CuO和CuO/MWCNTs进行形貌、成分、物相结构以及光学性质等一系列的表征与性能分析,结果表明CuO/MWCNTs同时具备CuO和碳纳米管的典型结构,且光吸收性能优于Nano-CuO。在紫外光下进行的两种光催化剂对双酚A（BPA）的光催化降解试验结果显示：两种催化剂作用下BPA光降解平衡的时间一致,均为24 h,但CuO/MWCNTs作为光催化剂时的BPA降解率和反应速率明显高于Nano-CuO,其中降解率高出幅度可达14%~35%;供试范围内,两种材料对BPA的光催化降解率均随催化剂投加量的增加而升高,随pH和离子强度的增加而减小,随BPA浓度的增加呈先增加后减小的趋势,且在相同条件下CuO/MWCNTs受到的影响更大,但其光催化降解率仍远高于Nano-CuO的光催化降解率。研究表明,CuO/MWCNTs复合材料可以显著提高光催化效率及对紫外光的利用率,有效推进了CuO的光催化应用与发展。     

新颖树枝状和海胆状硫化镉纳米晶的水热法合成及光催化性能研究

以硝酸镉、硫脲为起始原料,氯代十六烷基吡啶(CPC)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为配位剂,采用水热法合成了树枝状和海胆状的三维纳米晶CdS(Ⅰ)和CdS(Ⅱ).采用XRD、FE-SEM、XPS和UV-Vis等测试手段对样品的形貌、尺寸、结构和相组成进行了表征,以延安卷烟厂废水作为目标源对样品的活性进行了检测.XRD和XPS结果表明,所得样品为六方晶系的纤锌矿CdS,样品的纯度高,且样品CdS(Ⅰ)的(002)衍射峰比较强,说明所得CdS优先沿着c-轴生长.FE-SEM照片显示,CdS(Ⅰ)纳米晶为树枝状结构,而样品CdS(Ⅱ)则为海胆状结构.光催化活性研究表明,在太阳光照射下样品CdS(Ⅰ)和CdS(Ⅱ)对延安卷烟厂废水具有较强的光催化活性,且CdS(Ⅰ)纳米晶的活性高于CdS(Ⅱ).当CPC的浓度为5%时,所得CdS对废水的光催化活性最高,太阳光下连续照射5h,废水CODCr去除率达93.4%.     

Bi_2Fe_4O_9/TiO_2复合光催化剂的制备及光催化性能

[目的]制备复合光催化剂Bi2Fe4O9/TiO2并研究其光催化性能。[方法]采用高能球磨法制备复合光催化剂Bi2Fe4O9/TiO2,通过XRD、SEM和UV-Vis对其进行了表征,并探讨Bi2Fe4O9掺杂量及球磨时间对其光催化活性的影响。[结果]当Bi2Fe4O9掺杂量为5.0%,球磨时间为12 h时,复合光催化剂对亚甲基蓝的光催化降解率达到56%。[结论]复合光催化剂光活性的提高可能是由于催化剂中复合半导体结构的光生电子-空穴对的有效分离造成的。     

TiO2和ZnO光催化降解敌百虫的影响因素研究

采用溶胶-凝胶法和水热法制备了TiO₂和ZnO,并运用紫外-可见光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜和红外光谱对光催化剂进行表征.用制备所得的TiO₂和ZnO作为光催化剂,降解敌百虫有机磷农药,使用气质联用仪对降解结果进行分析,探究农药初始浓度、农药初始pH值、光催化剂投加量、光照时间及不同光源对敌百虫降解率的影响.光催化降解反应表明,敌百虫的降解率随着初始浓度的增加明显降低,随着光照时间的延长先增加后趋于平缓,碱性条件和汞灯照射有利于敌百虫的光催化降解.TiO₂和ZnO的最佳投加量均为100~150 mg·L^-1,以ZnO为光催化剂,投加量在0~100 mg·L^-1时降解率的增幅明显高于投加量在100~200 mg·L^-1时,且实验结果表明,5个影响因素条件下,TiO₂的光催化降解活性均低于ZnO.     

Cu2O-QDs/GO复合物的制备及其光催化性能研究

[目的]制备复合光催化剂Cu_2O-QDs/GO,考察复合物中氧化石黑烯(GO)的最佳负载量及其光催化性能。[方法]采用改良的Hummer法制备GO,利用化学沉淀法将Cu_2O-QDs负载在GO片层上。采用XRD、DRS及TEM表征方法,对催化剂的形貌、组成、性质进行判定。[结果]GO经超声后成片层状,Cu_2O以颗粒形式负载于GO表面,粒径为10 nm左右,属于量子点级别。GO的最佳负载量为7%。[结论]通过光催化降解罗丹明B(RhB)的试验,证实复合催化剂对RhB的降解效率相比于单一Cu_2O-QDs有明显提高。     

二氧化钛/竹炭复合材料的吸附-光催化降解苯酚的动力学研究

以竹炭作为纳米二氧化钛（TiO₂）粒子的载体物质,制备了二氧化钛/竹炭复合材料,并以苯酚为模型物质,对其光催化性能进行了研究。研究表明,此复合材料对苯酚具有较强的吸附性能,其中吸附平衡常数K_a为0.007 7 L·mg^－1,K_a与苯酶吸咐平衡质量浓度ρ_e的乘积为0.25 ～ 1.35,二氧化钛/竹炭复合体的吸附作用不能忽略。根据L-H（Langmuir-Hinshelwood）方程积分所得分数级动力学方程较一级动力学方程能更好地描述其光催化降解规律,相应的光催化降解动力学方程为ln ρ － 0.007 7ρ = 6.58 － 0.002 39t（ρ为苯酚质量浓度,t为光照时间）。图6参14     

玉米秸秆纤维/聚乳酸复合材料的力学及降解性能研究

利用热压工艺制备得到了玉米秸秆纤维/聚乳酸复合材料,研究了玉米秸秆纤维的含量对复合材料力学及降解性能的影响。研究表明：随着玉米秸秆纤维含量的增加,复合材料的力学性能（拉伸强度、断裂伸长率）出现先增大后减小的变化趋势,在玉米秸秆纤维含量为10%时复合材料的断裂伸长率达到20.3%,复合材料的拉伸强度在玉米秸秆纤维含量13%时达到最大值24.38MPa;在降解120 d后,玉米秸秆纤维/聚乳酸复合材料的质量损失率变大,同时随着玉米秸秆纤维含量的增加,复合材料的质量损失逐渐变大,聚乳酸分子量的降低速度加快。