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。      

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。     

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%。     

木质基g-C3N4/TiO2复合涂层的制备及光催化性能表征

为改善木材易污染,易霉变的缺点,采用真空浸渍和液相沉淀法,将g-C₃N₄/TiO₂复合涂层负载于木材表面,对木材进行功能化改良,赋予木材光催化自清洁功能。使用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射、傅里叶红外光谱表征样品的表观形貌、相结构等。以罗丹明B为目标污染物,利用UV-VIS分光光度计测量降解效率,检测负载g-C₃N₄/TiO₂复合涂层的木质基材光催化性能。结果表明: g-C₃N₄/TiO₂复合涂层成功负载于木材表面,g-C₃N₄与TiO₂相互掺杂有效地提高了两者的光催化活性,负载g-C₃N₄/TiO₂复合涂层的木质基材具有一定的光催化功能。      

Bi_2O_3-TiO_2的制备及其光催化性能研究

该文以四氯化钛和硝酸铋为原料,通过共沉淀法制备Bi_2O_3-TiO_2复合氧化物,以罗丹明B模拟有机污染物,在太阳光照射研究Bi_2O_3-TiO_2复合氧化物催化剂的光降解性能。考察了不同的沉淀剂、Ti∶Bi的配比及焙烧温度等制备条件对光催化性能的影响。结果表明,Bi_2O_3-TiO_2复合氧化物催化剂的光降解率明显高于单一氧化物Bi_2O_3、TiO_2的光降解率;以Na OH为沉淀剂、Ti∶Bi的配比为1∶10、焙烧温度500℃时制得的Bi_2O_3-TiO_2复合氧化物催化剂具有很好的光催化降解效果。     

A-TiO2的制备及其光催化降解罗丹明B的研究

在3种晶型的TiO2纳米材料中锐钛矿型的TiO2拥有最好的光催化活性.在一定条件下用水热法制备TiO2,XRD分析结果表明其属于锐钛矿型TiO2(A-TiO2).以自制的A-TiO2为催化荆对罗丹明B溶液进行光降解的优化条件为:5 mg/L的罗丹明B溶液中加0.1650 g自制的TiO2,用硝酸调节溶液pH约为5.在254 nm紫外光照射下,于20℃反应4 h,罗丹明B降解率达到80.3%.     

纳米TiO2的制备及光催化性能研究

采用改进Sol-gel方法,制备纳米TiO2光催化剂,利用TG-DTA、XRD、TEM、BET、HPLC等分析测试手段对制备过程、样品的结构和性能进行了研究.结果表明:改进的Sol-gel法制得的光催化剂具有单分散椭球形微孔结构,而且比表面积大、粒径小且分布窄、分散性好;光催化剂的最佳制备条件为450℃煅烧2h,以染料罗丹明B水溶液为目标降解物,1 h的降解率为99.5%.     

BiOI/BiOBr异质结催化剂的制备及光催化降解罗丹明B

采用水热法合成异质结复合光催化材料BiOI/BiOBr,探究其对罗丹明B的降解能力,并与纯的BiOBr以及BiOI的降解情况进行比较。通过X射线衍射XRD、场发射扫描电子显微镜FESEM、紫外-可见漫反射光谱DRS以及稳态、瞬态荧光光谱PL等表征方法对合成的异质结复合光催化剂BiOI/BiOBr样品进行了结构、形貌、光学性质的表征。采用分光光度法分析罗丹明B的降解率,结果显示,BiOI/BiOBr异质结光催化材料对100 mg/L的罗丹明B有很好的降解能力,在40 min内对罗丹明B的降解率为100%,明显高于纯的BiOBr(80%)和BiOI(72%);其一级动力学速率常数为0.102 8 min^-1,分别为BiOBr(0.040 3 min^-1)和BiOI(0.034 4 min^-1)的2.6倍和3倍。这种异质结光催化剂不仅可以有效促进光生电荷分离而且可以保持复合材料的强氧化还原能力,这可能是BiOI/BiOBr异质结高效降解罗丹明B的内在原因。     

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。     

双层钙钛矿结构氧化物Ca2InNbO6的制备及光催化性能研究

采用固相合成法制备可见光响应的双层钙钛矿结构光催化剂Ca_2InNbO_6。利用X-射线衍射(XRD),紫外-可见吸收谱(UV-visDRS)等方法对Ca_2InNbO_6的结构进行表征,利用自行研制的光催化降解反应装置对其在可见光下降解液相和气相有机污染物的性能进行评价。结果表明,制备的Ca_2InNbO_6不含其它氧化物杂相,可响应太阳光谱中波长小于440 nm的部分。在可见光下,Ca_2InNbO_6降解液相亚甲基蓝的效率在4 h内达82.7%;降解气相甲醛的效率在3 h内高达99.3%,符合Langmuir-Hinshelwood一级动力学过程。湿度对降解甲醛的效率有显著影响,当湿度为R.H. 60%时活性最优,动力学常数为0.026 min~(-1),是R.H. 20%时的3倍。     

基于模板印刷法的仿生超疏水木材的研制

通过模板印刷法改性处理木材表面, 得到与玫瑰花瓣表面结构相同的纳米形貌超疏水木材。使用接触角检测仪测量样品表面润湿性, 使用能谱分析仪(EDS)测定模板的化学成分, 使用XRD测定试样晶体结构, 使用DTG-60AH测定试样热稳定性。结果表明:制备的仿生超疏水木材没有改变木材的基本系能, 但使木材表面具有高黏附超疏水特性; 仿生超疏水木材表面的静态水接触角约为(157.5° ± 0.5°), 可以阻止木材吸收水分; 仿生超疏水木材具备的良好的热稳定性, 热解过程质量损失约73.2%, 低于未经改性木材。     

Fe(Ⅲ)/UV/空气催化降解罗丹明B及机理研究

【目的】探讨罗丹明B(RB)在Fe(Ⅲ)/UV/空气下的催化降解过程及其机理。【方法】在间歇式光反应器中,研究了pH分别为1.0,3.0和4.3,Fe(Ⅲ)质量浓度为1.68～28mg/L,RB的初始质量浓度为4～150mg/L时RB的光降解过程,通过抑制剂NaN3和异丙醇研究了降解过程可能发生的机理,同时测定了降解过程中Fe2+质量浓度的变化。【结果】RB直接UV光解和Fe(Ⅲ)/UV/空气下的降解表观动力学均符合表观一级动力学规律。RB在Fe(Ⅲ)/UV/空气下降解时,随Fe(Ⅲ)质量浓度的增加,RB降解速率常数增大,但增加程度受到pH的影响,pH=3.0时增加程度最大,pH=1.0次之,pH=4.3时最小;RB初始质量浓度增加,降解速率减小,当RB初始质量浓度高于20mg/L时,继续增加RB质量浓度对其光解速率影响不明显;反应过程中,Fe2+质量浓度在反应初期快速增加,此后维持在一定的水平。【结论】Fe(Ⅲ)/UV/空气能够快速催化RB光解,但在不同pH条件下,Fe(Ⅲ)催化UV光解RB的机理并不相同。     

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。     

Ag-Ag2O@Fe3O4磁性材料的制备及光催化性能研究

为解决光催化剂回收和重复利用的问题,以Fe_3O_4为载体,分别采用沉淀法和光还原法制备了Ag-Ag_2O@Fe_3O_4磁性光催化剂。在制备过程中添加乳化剂聚乙二醇(PEG-4000)以改进Ag_2O@Fe_3O_4纳米颗粒的光催化性能,并在相应的材料上负载Ag,进一步提高其光催化活性。通过X射线衍射(XRD)表征,表明成功制备了Ag-Ag_2O@Fe_3O_4复合材料,添加乳化剂能够优化Ag_2O@Fe_3O_4纳米颗粒,AgNO_3和Ag_2O的质量比2∶80的纳米颗粒样品光催化活性最佳。以罗丹明B水溶液为模拟污水,采用LED白光灯作为试验光源,Ag-Ag_2O@Fe_3O_4磁性材料为催化剂,光照100 min,结果表明未加聚乙二醇的2∶80颗粒样品的光降解效率仅为69.51%,而加入聚乙二醇的同比例样品的光催化效率可提升至78.06%。     

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.     

Mn（NO3）2掺杂TiO2的制备及光催化性能研究

以Mn(NO3)2为锰源,用水热法成功合成了TiO2及Mn(NO3)2掺杂的TiO2光催化剂,利用X-射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)对样品进行了表征,并利用紫外-可见吸收光谱测试样品在可见光下对染料酸性桃红(SRB)的降解能力。结果显示各浓度Mn(NO3)2掺杂的TiO2样品均为锐钛矿晶型,与纯TiO2相比均增加了对可见光的吸收,相同条件下Mn(NO3)2掺杂的TiO2对染料的降解效果比纯TiO2好,16h后降解率可达到83.9%。低浓度锰掺杂TiO2比高浓度锰掺杂TiO2光催化活性好,催化活性顺序为HT-0.25Mn(NO3)2-TiO2>HT-0.5 Mn(NO3)2-TiO2>HT-0.1 Mn(NO3)2-TiO2>HT-TiO2>HT-1Mn(NO3)2-TiO2>HT-2Mn(NO3)2-TiO2>HT-5Mn(NO3)2-TiO2。     

β-FeOOH的无模板水热合成及其光催化降解偶氮染料甲基橙的研究

以尿素为均相沉淀剂,无模板水热合成了纳米棒状的β-FeOOH。采用X射线衍射和场致扫描电镜技术表征制备样品。在异相光芬顿反应中研究β-FeOOH降解甲基橙的效率。结果显示:50 min内甲基橙能被异相光催化过程中产生的羟基自由基降解100%;当反应液初始pH值增加到9.5,50 min内甲基橙的降解效率仅下降到93.45%,这意味着制备的β-FeOOH催化剂能很好地克服均相光芬顿反应中pH值范围狭窄的缺点。β-FeOOH催化剂的装载量和H2O2浓度同样对甲基橙降解效率有重要影响。β-FeOOH催化剂多次重复使用后仍然具有保持较高催化活性的能力。     

g-C3N4/CdMoO4复合光催化材料的制备及其可见光降解磺胺噻唑

制备了不同复合比例的g-C3N4/CdMoO4纳米片状复合光催化材料(CN-CMO)。通过SEM、TEMEDS、XRD、FT-IR、DRS等方法对复合材料CN-CMO的晶体结构、形貌特点、光吸收能力、化学键合情况等进行表征。CN-CMO在可见光下对磺胺噻唑光降解性能的研究结果表明,磺胺噻唑的光降解反应具备表观一级动力学的特点,且降解反应速率常数分别为g-C3N4及CdMoO4材料的3倍和10倍。光催化降解机制的研究表明,CN-CMO光催化活性提高的原因在于g-C3N4和CdMoO4复合后材料中电子与空穴更容易分离;同时,考察光催化过程中催化剂的投加量对光催化活性的影响,发现CN-CMO在质量浓度为1g/L时对磺胺噻唑的光催化降解效果最佳。     

TiO2表面特性的改变对其光催化降解高聚物活性的影响

以250W高压汞灯为光源，采用固定相TiO2、Pt/TiO2和Fe3+/TiO2光催化氧化降解聚乙烯醇（PVA），研究了不同表面处理方式对TiO2光催化活性的影响。结果表明，通过光化学沉积法在TiO2表面上担载1.0%Pt制备的催化剂对PVA具有很好的光催化活性，此时光照60min后，PVA的光解率可达78.4%，但过量的Pt却降低了TiO2的光催化活性。研究还表明，高温灼烧法在TiO2表面上担载Fe3+无助于提高TiO2降解PVA的光催化活性，随着Fe3+含量的升高，TiO2对PVA的光催化活性明显下降。结合SEM手段，认为TiO2活性的降低可能与其比表面积的降低有关。