Ag/TiO2中空纳米纤维光催化材料的制备及表征

以棉花纤维为模板制备了银掺杂的TiO₂中空纳米纤维光催化材料, 利用热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、X光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、Zeta电位、紫外-可见光谱(UV-Vis)和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)等技术对该材料的形貌、晶体结构、银的状态等特性进行了表征. 以亚甲基蓝(MB)的脱色降解为模型反应, 考察了银掺杂的样品Ag/TiO₂在不同光源下的光催化性能. 结果表明, 所制得的Ag/TiO₂材料保留了棉花纤维的形貌, 且表面带有大量的负电荷|该Ag/TiO₂材料在太阳光条件下的光催化性能显著高于同条件下TiO₂和同材料在紫外光条件下的, 如Ag/TiO₂在太阳光下1.5 h可使MB溶液的脱色降解率在95%以上, 在TiO₂上2.5 h时不足60%, 低于Ag/TiO₂上0.5 h的结果|在紫外光条件下Ag/TiO₂ 3 h时脱色降解率仅为35%. 连续重复使用5次时Ag/TiO₂仍能保证MB溶液的脱色降解率在90%以上|该纤维光催化材料易于离心分离去除、再利用. 因此, 以棉花为模板制备的Ag/TiO₂中空纳米纤维催化材料是一种无能耗、无污染、高活性的绿色环保型光催化材料.     

CeO2/TiO2光催化剂的制备及其可见光脱氮性能

采用溶胶-凝胶和浸渍掺杂两步法合成了CeO₂/TiO₂光催化剂,并对催化剂的理化结构进行表征分析;以吡啶-正辛烷体系为模拟油品氮源,研究了该催化剂在可见光作用下的光催化脱氮行为,并探究了光催化脱氮的最佳反应条件。 结果表明,掺杂的铈主要以CeO₂的形式存在,且增强了催化剂在可见光区的吸收;在可见光辐照150 min的条件下,铈的掺杂量质量分数为8%,所制备的CeO₂/TiO₂催化剂投入量为1.0 g/L时,模拟油品中吡啶的脱氮率高达76.45%。     

微波辅助合成ZnO-TiO2及其可见光催化脱硝活性

通过对比水热溶胶凝胶法与微波辅助溶胶凝胶法制备的复合TiO₂的光催化性能,最终采用耗时较短且结晶度更好的微波辅助溶胶凝胶法制备了不同复合比例的ZnO-TiO₂材料。ZnO-TiO₂复合材料比表面积和孔容孔径尺寸较TiO₂材料均有明显增大,表面酸性更强,能带结构有利于电子空穴的高效分离,催化还原活性与选择性更强。经光催化脱硝实验优化出ZnO与TiO₂最佳复合比为0.2,对于初始质量浓度为6.83 mg/m³的NO_x,在65 W节能灯照射的光源条件下,可见光催化脱除效率高达85%,NO_x质量浓度提高至13.67 mg/m³,在通入氨氮比为1:1的NH₃后,脱硝效率高达96%,比纯TiO₂的提高43%,质量浓度适用范围较前期研究拓宽近六倍。机理分析认为,整个反应可分成吸附与光催化两个部分,其中,吸附是该反应的速控步骤,NO在吸附氧的作用下被氧化为NO     

B2O3对Ag/TiO2-Al2O3吸附剂的柴油吸附脱硫性能影响

采用浸渍法制备了不同B₂O₃负载量(e.g. 5%~20% (w))的Ag/TiO₂-B₂O₃-Al₂O₃吸附剂。以含硫量为245.36mg(S)/L 的商业柴油作为考察对象,常温常压下采用静态评价进行吸附脱硫性能研究。结果表明,B₂O₃改性后的Ag/TiO₂-Al₂O₃吸附剂的柴油吸附脱硫活性有了较大提高,当B₂O₃的负载量为15%时,吸附剂的吸附脱硫活性最高,2%Ag/4%TiO₂-15%B₂O₃-Al₂O₃ (w)的饱和吸附硫容达到2.36mg(S)/g 吸附剂。这对于未经预处理的商业柴油而言,吸附脱硫活性已经达到较高水平。采用N₂物理吸附、O₂化学吸附、X射线衍射(XRD)、NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)、傅里叶红外光谱(FT-IR spectra)、¹¹B核磁共振(¹¹B-NMR)等表征手段对不同负载量B₂O₃改性Ag/TiO₂-Al₂O₃吸附剂的织构性质、晶相结构和表面酸性的影响进行研究。关联活性测试和表征结果发现,吸附剂的吸附脱硫活性主要与吸附剂的表面弱酸性有关,而B₂O₃改性在吸附剂表面引入了较多的四配位的BO₄物种,能显著增加吸附剂表面弱酸性位点数量,提高吸附剂的吸附脱硫活性。     

TiO2/ACF的制备及光催化降解四氯乙烯性能

以钛酸四丁酯为前驱物,活性炭纤维(ACF)为载体,蔗糖为胶粘剂,采用真空吸附水解的方法制得了TiO₂/ACF催化剂.采用BET、XRD、SEM等手段对其物理化学特性进行表征,以四氯乙烯光降解反应为探针反应,考察了TiO₂/ACF催化剂的光催化降解性能.实验结果表明,采用真空吸附水解法可以将TiO₂很好地负载到活性炭纤维表面上.通过优化条件制备的TiO₂/ACF催化剂在光照2h条件下,可以将水中溶解量的四氯乙烯降解90%以上.催化剂可以多次循环使用,光催化反应活性不变.     

氧空位修饰的暴露TiO2{001}的Ru/TiO2增强光热协同CO2甲烷化活性和稳定性

利用太阳能在温和条件下实现CO₂还原反应,不仅可以缓解过度消耗化石能源造成的能源危机,还可以改善诸如温室效应和海洋酸化等环境问题.光热协同催化可以有效降低催化反应温度,具有较大的应用前景.本文利用Ru与暴露TiO₂{001}晶面的TiO₂载体产生的金属-载体相互作用,经过高温氢气煅烧后,获得具有丰富表面氧空位的Ru/TiO₂催化剂.活性测试结果表明,具有丰富表面氧空位的Ru/TiO₂表现出优异的CO₂甲烷化活性,反应过程中甲烷的TOF值在300°C时可以达到22 h-1,但该催化剂却表现出较差的稳定性,在反应10小时后,甲烷的TOF值逐渐降低到19 h-1.将紫外光引入到Ru/TiO₂热催化甲烷化体系中,甲烷的TOF值增加到30 h-1,且兼具高稳定性.热催化反应过程中逐渐消失的表面氧空位和部分氧化的Ru是活性降低的主要原因.在光热协同反应中,光生电子的产生稳定了Ru表面的电子密度,同时也再生了催化剂上表面氧空位,这有效地提高了反应的活性和稳定性.程序升温原位红外和X射线光电子能谱实验结果表明,当催化剂表面具有丰富的表面氧空位时,CO₂可以有效地在Ru纳米粒子上解离成CO中间体,随后吸附在Ru上的CO中间体解离成表面碳物种,并加氢产生甲烷.在热催化反应过程中,Ru纳米粒子逐渐被氧化成Ru Ox物种,且表面氧空位被CO中间物种覆盖,降低了催化反应的稳定性.当紫外光引入到上述反应中,催化剂的表面氧空位可有效提高光生载流子的分离能力.TiO₂载体产生的光电子转移至Ru表面,稳定了金属Ru纳米粒子的价态.另外,载体产生的光生空穴加速了H₂质子化,提高了催化剂对氢气的活化迁移能力,促进了CO中间体的加氢甲烷化反应,进而再生表面氧空位.因此在紫外光照下,兼顾提高了热催化CO₂甲烷化的活性和稳定性.值得注意的是,当Ru负载于暴露少量TiO₂{001}晶面的TiO₂载体上时,产生了强金属-载体相互作用并抑制了H₂在催化剂上的吸附活化,不利于产生表面氧空位.因此暴露少量TiO₂{001}晶面的Ru/TiO₂催化剂也不利于光生载流的产生和分离,这导致热催化或光热协同催化反应活性较低.     

花状CeO2/TiO2异质结的构筑及光催化性能

采用溶剂热法制备了三维花状CeO₂/TiO₂异质结光催化剂,然后以甲基橙(MO)为模拟有机污染物,在氙灯照射下考察了其光催化活性。结果表明,花状结构由纳米片和纳米颗粒复合而成,纳米片上均匀地附着CeO₂颗粒。Ce/Ti的物质的量之比(n_Ce/n_Ti)和溶剂热时间影响异质结的光催化性能,当n_Ce/n_Ti=0.1、溶剂热时间为6 h时,CeO₂/TiO₂的光催化活性达到最佳,氙灯照射50 min的降解率达95%,光催化活性优于纯TiO₂,这主要是CeO₂和TiO₂形成了异质结,有利于光生电子和空穴的分离。     

TiO2上原子分散的Fe位点促进光催化CO2还原:增强的催化活性、DFT计算和机制洞察(英文)

光催化CO₂高效、环保地转化为高附加值化工产品(CH₄, CO, CH₃OH等),能够有效降低环境污染并且促进资源利用.商用P25(TiO₂)因其具有无毒、化学稳定性和强氧化还原电位而被广泛研究.然而, TiO₂的带隙高达3.0 e V,只有在紫外光激发下才能产生光生载流子,这极大地限制了其在光催化领域的应用.单原子催化剂(SACs)具有金属原子利用率高、选择性高和活性高等优点,可用于精细化工合成、氧还原和污染物降解等催化领域.由于单个原子具有极高的表面自由能,因此如何稳定地保持原子分散,避免原子团聚成为SACs制备和反应过程中的一大挑战.本文通过简单的负压封装后热解方法实现了Fe在TiO₂表面的原子级分散负载,所制备的Fe SA/TiO₂催化剂展现出高效的光催化CO₂还原性能,并且利用多种表征手段及理论计算研究了TiO₂表面Fe位点促进CO₂高效转化的反应机制.扫描透...     

基于MnOx-CeO2/PPSN的低温SCR脱硝

采用超声法,将经400℃煅烧、锰摩尔分数为40%的MnO_x-CeO₂负载到经硝酸处理后的聚苯硫醚(PPSN)滤料上,制备了MnO_x-CeO₂/PPSN滤料。以氨气为还原剂,测试了MnO_x-CeO₂/PPSN滤料低温SCR过程中的催化活性,同时研究了催化温度、NH₃体积分数、O₂体积分数、催化剂负载量等因素对其NO脱除效率的影响。研究发现,当MnO_x-CeO₂负载量为296g/m²时,在催化温度130~160℃、NH₃/NO略大于1、O₂体积分数约5%时,MnO_x-CeO₂/PPSN滤料具有较高的NO脱除效率。在催化温度、NH₃体积分数、O₂体积分数一定时,MnO_x-CeO₂/PPSN滤料的NO脱除效率随负载量的增大而增大。     

TiO2担载在新型载体上的光催化电极

介绍了一种将TiO₂光催化剂担载在新型载体上的光催化电极.新型载体是用炭质材料和聚四氟乙烯制备的,它具有电合成H₂O₂的功能.在电流密度为15mA/cm²时,光催化电极不仅具有高达80%的电合成H₂O₂的电流效率,而且该电极的电位处在0.02V(SCE)左右,使载体表面的TiO₂光催化剂获得了约+0.47V的阳极偏压(相对平带电势),对增加TiO₂光催化反应效率十分有益.在具有新型光催化电极的光反应体系中,水中的有机分子受到来自溶液中大量·OH自由基(H₂O₂被紫外光分解的中间产物)的均相氧化(即光化学氧化),以及来自TiO₂表面光生空穴的复相氧化(即光催化氧化).在光化学氧化和光催化氧化的联合作用下,有机分子的矿物化反应速度显著提高.     

CeOx doping on a TiO2-SiO2 supporter enhances Ag based adsorptive desulfurization for diesel

In this work, the impact of CeO_x doping on a TiO₂-SiO₂ supporter on the Ag based adsorptive desulfurization for Chinese standard diesel was studied. The dispersion and valence states of Ce, Ti and Ag species were characterized, and the impact of Ce doping was investigated. The results indicated that Ce species and Ti species were dispersed evenly on the surface of SiO₂ via a novel co-impregnation method. Following CeO_x doping, the Ag species were in the form of oxides (about 5nm) instead of metallic Ag particles (about 35nm), which is due to the large amount of coordinative unsaturated sites provided by the interaction between CeO_x and TiO₂, as well as the oxidation-reduction property of CeO_x. The Ag in the active oxide state (Ag₂O₂) and dispersed evenly on the supporter could interact with sulfur compounds more favorably, and therefore showed a good performance in the adsorptive desulfurization. In both static batch and dynamic breakthrough desulfurization tests, Ag-CeO_x/TiO₂-SiO₂ was proved to be a more efficient adsorbent compared with Ag-TiO₂-SiO₂. It was found that the desulfurization performance of Ag-TiO₂-SiO₂ exhibited an excellent improvement (22.5%) after being doped with CeO_x. In the static equilibrium tests, the equilibrium sulfur capacity of Ag-CeO_x/TiO₂-SiO₂ was up to 5.38mg/g for CN-II diesel (sulfur content 952.9mg/kg) and the sulfur content of the CN-IV diesel (sulfur content 39.0mg/kg) after desulfurization was less than 10mg/kg, which could meet the CN-V standard.     

WO_3-TiO_2/SBA-15的制备及其光催化氧化脱硫性能

采用孔道内水解法制备了WO_3-TiO_2/SBA-15催化剂用于光催化氧化柴油脱硫,利用XRD、SEM、EDS、N2吸附-脱附、FT-IR、TG-DTA和UV-vis等技术对该催化剂进行了表征,考察了WO_3和TiO_2负载量、焙烧温度和焙烧时间对其光催化氧化脱硫性能的影响。结果表明,WO3和Ti O2负载量分别为1.6%和15%,焙烧温度500℃,焙烧时间为3 h条件所制备的催化剂性能最佳;在该条件下制备的WO_3-TiO_2/SBA-15催化剂仍保持SBA-15的六方介孔结构,模拟柴油的脱硫率高达87.9%,且具有良好的回收再生性能。     

SnO_2/TiO_2纳米管复合光催化剂的性能及失活再生

基于微波水热法和微乳液法合成SnO2/TiO2纳米管复合光催化剂.通过X射线衍射(XRD)、配有能量色散X射线光谱仪(EDX)的透射电镜(TEM)和电化学手段对光催化剂进行表征.以甲苯为模型污染物,考察光催化剂在紫外光(UV)和真空远紫外光(VUV)下的性能及失活再生.结果表明,SnO2/TiO2纳米管复合光催化剂形成三元异质结(锐钛矿相TiO2(A-TiO2)/金红石相TiO2(R-TiO2)、A-TiO2/SnO2和R-TiO2/SnO2异质结),促使光生电子-空穴对的有效分离,提高光催化活性.SnO2/TiO2表现出最佳的光催化性能,UV和VUV条件下的甲苯降解率均达100%,CO2生成速率(k2)均为P25的3倍左右.但由于UV光照矿化能力不足,中间产物易在催化剂表面累积.随着UV光照时间的增加,SnO2/TiO2逐渐失活,20 h后k2由138.5 mg·m-3·h-1下降到76.1 mg·m-3·h-1.利用VUV再生失活的SnO2/TiO2,过程中产生的·OH、O2-·、O(1D)、O(3P)、O3等活性物质可氧化吸附于催化剂活性位的难降解中间产物,使催化剂得以再生,12 h后k2恢复到143.6 mg·m-3·h-1.UV和VUV的协同效应使UV降解耦合VUV再生成为一种可持续的光催化降解污染物模式.     

负载CuO的Ti~(3+)/TiO_2催化剂制备及其光催化甲苯降解性能

通过在锐钛矿TiO_2载体表面上负载Cu-BTC(BTC,1,3,5-苯甲酸)前驱体,还原处理制备光催化剂CuO-Ti~(3+)/TiO_2(Cu-TiMB),对其在可见光条件下气相甲苯净化催化性能进行了研究。结果表明,该改良方法制备的CuO-Ti~(3+)/TiO_2(CuTiM B)催化剂的活性是浸渍法所得催化剂CuO-TiO_2(Cu-TiD)的2.68倍。CuO-Ti~(3+)/TiO_2(Cu-TiMB)具有更大的比表面积(147 m2/g)和较小的颗粒粒径(0.45μm),呈现多孔状,CuO的分散度较高;催化剂表面Ti~(3+)提供了大量的氧缺位,在400-800 nm波段的光响应能力显著增强。CuO-Ti~(3+)/TiO_2(Cu-TiMB)催化剂中Cu~(2+)、Cu~+与Ti~(3+)形成的异质结构进一步增多了氧缺位数量,延缓e--h+的复合时间;氧缺陷增强了捕获吸附氧能力,通过金属氧化物价态变化增强化学吸附能力,提高了光催化性能。     

Photocatalytic degradation of toluene in the gas phase: comparative study of some TiO2 supports

The Langmuir–Hinshelwood (L–H) kinetic model has been used to describe the degradation of the toluene on three TiO₂-based photocatalysts supports. The determination of the L–H rate constant (k) showed that the UV illumination parameter seems to be more important than the quantity of TiO₂ per unit area. The constant k is the greatest for the less density TiO₂ photocatalyst. The comparison between the Langmuir adsorption constant (K) in the dark and under UV irradiation shows that the adsorption constant for the high kinetic catalyst increases while it decreases for the other two.     

Extractive desulfurization of fuel oil with metal-based ionic liquids

Several metal-based ionic liquids (ILs) were synthesized and used as extractants for the desulfurization of dibenzothiophene (DBT) in simulated fuel oil. The effects of several anion and metal ions, n(ILs)/n(metal) as mole ratio, V_IL/V_oil and extractive times on the removal ratio of DBT were investigated in detail. The results showed that [BMIM]HSO₄/FeCl₃(BMIM was short for 1-butyl-3-methyl imidazole) was superior to the other ILs for the extractive desulfurization. A total of 100% of DBT was removed at room temperature in 5 min with V_[BMIM]HSO₄=FeCl₃=V_oil=1:1. The extractive activity of [BMIM]HSO₄/FeCl₃ IL did not change almost after five runs. Extractive desulfurization of different sulfur compounds and commercial diesel fuel oil were also examined. The removal ratios of the sulfur compounds as the reaction substrates were all over 90% and the sulfur content of commercial diesel oil decreased to 120 ppm from 12,400 ppm.     

Investigation of the photocatalytic degradation of organochlorine pesticides on a nano-TiO2 coated film

The photocatalytic degradation of organochlorine pesticides including -, β-, γ-, δ-hexachlorobenzene (BHC), dicofol and cypermethrin were carried out on a nano-TiO₂ coated films under UV irradiation in the air. The photocatalytic conditions, including the amount of TiO₂, irradiation time and the intensity of light were optimized. The pesticides were most effectively degraded under the condition of 2.24 mg/cm² on TiO₂ film and a 400 W UV irradiation of high-pressure mercury lamp with a wavelength of 365 nm. A typical organochlorine pesticide, 20 μg -BHC, was dipped onto the TiO₂ film surface and degraded completely within 20 min. In addition, the photocatalytic degradation pathways on the nano-TiO₂ coated film were discussed.     

Fe-V/TiO_2催化剂NH_3选择性催化还原柴油车尾气NO_x

采用浸渍法制备了一系列不同Fe/V比例的Fe-V/TiO2催化剂,考察了催化剂在模拟柴油车尾气中催化还原NOx的催化性能,采用TG、XRD、H2-TPR、NH3-TPD和Raman光谱对催化剂进行了表征。结果表明,当Fe引入后,能显著降低V2O5在高温下的挥发,减轻了钒系催化剂在移动源的生物毒性危害。其中,Fe/V比为1∶1(Fe1-V1/TiO2)的催化剂形成了FeVO4活性中心,表现出最好的催化活性,在220~420℃NOx转化率可达到90%以上。此外,Fe1-V1/TiO2催化剂高温热稳定性较好,并且具有较强的抗硫性能。     

BiVO_4/SBA-15催化剂的制备及其光催化氧化脱硫性能

采用水热后合成法制备了BiVO_4/SBA-15催化剂,利用XRD、SEM-EDS和N2吸附-脱附等手段对其进行表征分析,并在自制的光催化反应装置中对其静态光催化氧化脱硫性能进行了研究。结果表明,BiVO_4/SBA-15催化剂具有SBA-15分子筛的介孔孔道结构,BiVO_4均匀分布在SBA-15分子筛表面。BiVO_4/SBA-15催化剂具有良好的催化氧化脱硫性能,在BiVO_4负载量为15%、水热合成时间为18 h、530℃下焙烧3 h制备的BiVO_4/SBA-15催化剂,对模拟柴油的脱硫率可达95.6%。