在 Pt/TiO2上光催化降解污水中的对氟苯甲酸

在Pt/TiO2存在下,研究了光催化降解对氟苯甲酸的反应.考察了反应时间、溶液初始pH值以及污染物初始浓度对光催化反应的影响.结果表明,溶液的紫外吸光度值随反应时间不断下降;反应7 h时,溶液的TOC去除率达23.2%;反应0.5～2 h内,氟离子平均生成速率为3.53×10-5mol.L-1.h-1;在反应3～7 h内,氟离子平均生成速率为6.22×10-5mol.L-1.h-1.在溶液初始pH值=3.34～3.72时,氟离子生成速率最大,在碱性范围内,氟离子的生成速率为零.当C0(p-fluorobenzoic acid)<1.80×10-3mol.L-1时,光催化降解生成氟离子的速率随着对氟苯甲酸浓度的增大而增大;当C0(p-fluorobenzoic acid)>2.00×10-3mol.L-1时,光催化降解生成氟离子的速率不再随污染物浓度的变化而发生变化.探讨了可能的反应机理.     

纳米TiO_2光催化芳香醛的缩醛反应研究

本文以纳米TiO2为催化剂,UV-LED（=365 nm）为紫外光源,在自制的恒温石英玻璃光催化反应器中成功实现了芳香醛的非均相光催化缩醛反应.以乙醇等作为溶剂和反应物,快速高效和高选择性地合成了苯甲醛二乙基缩醛（BDA）.在光强为0.6 mw/cm2,苯甲醛初始浓度为0.05 mol/L,催化剂TiO2（P25）用量为5.0 g/L,反应时间为15 min的条件下,苯甲醛二乙缩醛的产率可达99.86%.研究表明,氧气的存在是顺利发生光催化缩醛反应的重要条件.反应液pH值、醇溶剂种类及苯环对位取代基等因素都会对光催化缩醛反应速率和产率产生影响.pH值及醇溶剂的pKa越小,缩醛反应速率越快.苯环上对位取代基会抑制缩醛反应的进行,其中供电子取代基相对吸电子取代基更有利于缩醛反应进行.结合实验,提出了光催化缩醛反应的机理.     

TiO2/膨润土光催化降解有机污染物

用溶胶-凝胶法制备了一系列TiO2/膨润土光催化剂(不同负载量和不同焙烧温度), 以罗丹明B(RhB)为模型化合物, 通过测定染料吸光度和体系化学需氧量(COD)变化, 来研究它们在紫外光照射下降解有机污染物的性能. 评价结果表明, 负载量为50%和焙烧温度为400 ℃的催化剂Ti400样品降解RhB活性较好, 虽然其矿化活性略小于P25(光照4 h P25的COD变化为99.7%, 400 ℃焙烧的TiO2/膨润土催化剂Ti400的COD变化为97.0%), 但是TiO2/膨润土催化剂更易于回收再利用. 用Ti400做催化剂降解RhB, 连续循环使用7次, 其催化活性基本不变. 用XRD、BET和紫外可见漫反射(UV-Vis DRS)等方法对这些催化剂进行了表征. 表征结果表明催化剂比表面积大有利于催化活性的提高.     

NO-2离子的光催化反应研究(Ⅱ)

研究了NO2-离子在TiO2表面的光催化反应.结果表明,体系pH值升高及Cr(Ⅵ),Cl-,SO42-离子的加入均对NO2-离子在TiO2表面的暗态吸附产生抑制作用,而NO2-在TiO2表面的光照反应转化率则随pH值的升高出现先减小后增大的总体变化趋势.SO42-对反应具有明显的协同作用.Cr(Ⅵ)在强酸性条件下促进反应,pH＞5时则抑制反应进行.Cl-对反应具有一定的抑制作用,但与Cr(Ⅵ)共存时,二者对反应的抑制作用明显减弱.该反应具有比较特别的动力学规律,反应为零级反应,但反应速率却与NO2-的初始浓度相关.     

以葡萄糖为电子给体光催化还原水制氢的研究

以葡萄糖为电子给体,研究了在M/TiO2(M=Pt,Pd,Au,Rh)催化剂上光催化还原水生成氢气的反应.重点考察了体系(或溶液)中溶解的气体和溶液的pH值对析氢速率的影响.实验结果表明,四种催化剂均能够有效地催化以葡萄糖为电子给体的光催化还原水制氢反应.溶液中溶解的一氧化碳和氧气对放氢反应有负面影响,析氢的最佳pH值约为5.本文还对可能的氧化反应机理进行了讨论,葡萄糖很可能经葡萄糖醛酸被氧化.     

无氧条件下Pt/TiO_2光催化重整降解—乙醇胺水溶液制氢

以-乙醇胺(以下简称乙醇胺)为电子给体,在无氧条件下进行了Pt/TiO2光催化重整制氢的研究.详细讨论了诸多因素如催化剂表面Pt化学状态、Pt担载量、溶液pH值、乙醇胺溶液浓度等对产氢效率的影响,并用XRD、HNMR、XPS等进行了深入表征,探讨了Pt/TiO2光催化重整降解乙醇胺和产氢的反应,实验表明,利用所制备的光催化剂,可实现在消除水中有机污染物的同时制取氢气的目标.催化剂表面的Pt以Pt0的化学状态存在,有利于析氢;溶液pH值和浓度的变化对产生速率也有一定的影响.同时发现Pt/TiO2光催化重整乙醇胺制氢反应的最佳条件是:Pt的最佳担载量约为0.5％-1.0％;乙醇胺溶液最佳浓度约为0.05 mol·L-1;最佳溶液pH值范围为4-10;氨基取代的羰基类化合物是其主要中间产物.     

TiO2/海泡石负载型催化剂的制备及其光催化活性

采用混合焙烧方法,制得TiO2/海泡石负载型催化剂,研究了在该催化剂催化作用下,水溶液中邻苯二甲酸二乙酯(DEP)的光催化降解行为.结果表明:催化剂的用量和TiO2的负载量对光催化降解速率都有影响.对于负载型催化剂,TiO2的负载量对其催化活性及DEP的降解速率有较大影响.当使用A101/海泡石催化剂,用量为2 g/L和4 g/L时,TiO2负载量的较佳值均为5%.并对负载型催化剂的形貌及晶型进行了X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析.     

C–Cl共掺杂TiO2/凹凸棒复合催化剂的制备及其可见光催化性能

TiO2光催化剂具有无毒、物理化学性质稳定及光催化活性较高等优点,因而在能源及环境净化等领域备受关注.但是,TiO2纳米颗粒作为催化剂仍存在以下不足:(1)TiO2带隙较宽,只能吸收利用太阳光能的紫外光部分,而照射到地球表面的太阳光大部分为可见光;(2)光生载流子(电子/空穴)的复合使得光催化活性不高;(3)纳米催化剂的回收利用困难;(4)单独使用TiO2,成本较高;(5)针对低浓度有机污染,常见TiO2催化剂比表面积较小,吸附富集能力较差,导致光催化降解效率较低.TiO2自身这些缺陷大大限制了其进一步的实际应用.针对上述这些问题,我们在本研究中设计了一种简便易行的溶胶凝胶法,在较低的温度(70℃)下合成了非金属C–Cl共掺杂的TiO2/凹凸棒(TiO2/ATT)复合催化剂.XRD及HRTEM分析证明,通过调节反应溶液的pH可以分别合成含锐钛矿/金红石、锐钛矿/金红石/板钛矿的两相和三相的混合相TiO2,且锐钛矿/金红石比例可以通过改变pH而进行调节.XPS分析证明,C和Cl同时成功掺进TiO2/ATT复合催化剂.UV-Vis漫反射结果显示,非金属C和Cl的掺杂使得所合成复合催化剂的光吸收性能明显拓展到可见光区,因而可以充分利用可见光能进行有机污染物催化降解,而ATT作为TiO2的载体,减少了TiO2使用量,改善了TiO2的表面特性和孔结构,且有利于光催化剂的回收利用.以酸性红G为目标有机污染物,在可见光照射下对复合催化剂的可见光催化活性进行了测试.结果表明,当合成反应体系的pH值为3.0时,所获得的锐钛矿/金红石/板钛矿三相TiO2/ATT复合催化剂具有良好的可见光吸收特性,其可见光催化活性远远高于市售P25型TiO2,对难降解的酸性红溶液G具有优异的脱色效果和良好的TOC去除性能.循环光催化实验和FTIR表征结果表明,在5次循环利用后,TiO2/ATT复合催化剂仍表现出很高的催化活性,表明其稳定性优异.荧光分析和自由基捕获实验表明,光催化降解反应中的主要活性物种是羟基自由基、空穴和超氧自由基.TiO2/ATT复合催化剂高效稳定的可见光催化性能主要归因于:(1)非金属C和Cl的共掺杂改善了其可见光吸收性能;(2)催化剂中的TiO2由金红石、锐钛矿和板钛矿混合相组成,有利于抑制光生载流子的复合;(3)多孔结构的ATT作为载体提高了TiO2的比表面积,增加了反应活性位,同时改善了孔结构,从而有利于模拟有机污染物(酸性红G)分子的吸附和降解,有利于反应产物扩散,从而提高了催化剂的可见光催化效率.     

纳米TiO2去除氟离子的性能

研究了锐钛型纳米TiO2吸附剂对氟离子的吸附行为,考察了吸附平衡时间、温度、溶液的pH值等因素对吸附过程的影响.结果表明,纳米TiO2对氟离子的吸附在2.0 min基本达到平衡,在pH值2.0～10.0范围内,吸附率大于97％;吸附的氟离子可用0.1 mol/L NaOH溶液洗脱,3.0 min基本达到解析平衡,解析率能达到96％;该吸附过程符合准二级反应动力学模型,其反应的表观活化能(Ea)为6.85 kJ/mol;颗粒内扩散过程为吸附控制步骤,但不是唯一的控制步骤,同时还受液膜扩散的影响;吸附过程符合Langmuir、D-R等温模型,常温下纳米TiO2对氟离子的平均吸附能为4.26 kJ/mol.吸附反应的△G0＜0,焓变△H0＞0,说明该吸附过程是自发的吸热反应.共存阴离子HCO3-和pO43-对氟离子的吸附有影响.纳米TiO2在动态和静态吸附实验中的除氟效果相近.     

可见光照射下丙炔光催化水解反应的研究 Ⅱ．钒离子对二氧化钛催化性能的影响

 研究了几种不同粒径的TiO2在CH3CCH和H2O的光催化反应中的催化活性．结果表明,利用离子注入法可以拓展纳米TiO2催化剂的光吸收区域,使其吸收带向可见光方向偏移,且偏移程度随着TiO2粒径的增大而增大;特别是注入V离子使TiO2催化剂在可见光区域具有光催化活性．V离子注入后,TiO2催化剂在紫外区域的光催化活性没有下降,但在可见光区域的光催化活性有所提高．在五种光催化剂中,具有中等粒径大小的P－25注入V离子后表现出最高的光催化活性．在太阳光直接照射下,这些光催化剂也具有较高的催化活性．     

无氧条件下Pt/TiO2光催化重整降解一乙醇胺水溶液制氢

以一乙醇胺（以下简称乙醇胺）为电子给体,在无氧条件下进行了Pt/TiO2光催化重整制氢的研究.详细讨论了诸多因素如催化剂表面Pt化学状态、Pt担载量、溶液pH值、乙醇胺溶液浓度等对产氢效率的影响,并用XRD、HNMR、XPS等进行了深入表征,探讨了Pt/TiO2光催化重整降解乙醇胺和产氢的反应, 实验表明,利用所制备的光催化剂, 可实现在消除水中有机污染物的同时制取氢气的目标.催化剂表面的Pt以Pt0的化学状态存在, 有利于析氢;溶液pH值和浓度的变化对产生速率也有一定的影响.同时发现Pt/TiO2光催化重整乙醇胺制氢反应的最佳条件是:Pt的最佳担载量约为0.5％～1.0％;乙醇胺溶液最佳浓度约为0.05 mol•L－1;最佳溶液pH值范围为4～10;氨基取代的羰基类化合物是其主要中间产物.     

Photocatalytic membrane processes for degradation of various types of organic pollutants and micropollutants in water

Degradation tests in a photocatalytic membrane system have been carried out using TiO2 (Degussa P25) as catalyst and humic acid, organic dyes, 4-nitrophenol as pollutants. The influence of UV radiation and initial concentration of pollutant on the photodegradation rate were investigated in discontinuous and continuous systems. Experimental results showed that it is possible to obtain an efficient photocatalytic membrane process, but various parameters (e.g. pH) should be optimised to obtain high reaction rate and high membrane rejection of pollutants and their by-products.     

光催化甲胺磷降解效率和降解机理的研究

本文以自制的纳米TiO2为光催化剂,研究了光催化条件(溶液pH值、催化剂浓度及甲胺磷浓度)对甲胺磷在水中降解率的影响。结果表明:通过优化催化条件,可以大大提高甲胺磷的降解率。在甲胺磷浓度为20 mg/L,反应液起始pH为10.00,催化剂用量为0.5 g/L,光照时间为3 h的条件下,甲胺磷的降解效率可达到71.8%。通过化学计算模拟了甲胺磷的分子构型,并结合离子色谱的检测结果初步探讨了甲胺磷光催化降解的反应机理。     

Pt/TiO2光诱导催化重整乙醇制氢

对无氧条件下Pt/TiO2光诱导催化重整乙醇制氢进行了系统的研究，结果表明，乙醇的光催化重整制氢反应受催化剂表面化学状态，反应体系的pH值，浓度的影响较大，而受反应体系温度的影响较小，在运动XRD，XPS，HNMR等技术手段对催化剂和反应产物进行表征，分析的基础上，提出了无氧条件下乙醇光催化重整制氢可能的反应机理。     

铁锌柱撑膨润土催化剂的制备及其对甲基橙废水的光催化降解性能

采用微波辐照促进的溶胶浸渍法制备了铁锌柱撑膨润土催化剂;用制备的催化剂对甲基橙溶液在可见光照射下进行降解,探讨了铁负载量、H2O2质量浓度、溶液初始pH、反应时间和催化剂投加量对甲基橙降解率的影响,并考察了催化剂的重复利用性能.结果表明,在pH为3、H2O2质量浓度100mg/L、催化剂投加量1.5g/L、反应时间为2h条件下,甲基橙降解率可达97%.     

Effects of polyoxometalate and fluoride on adsorption and photocatalytic degradation of organic dye X3B on TiO2: the difference in the production of reactive species

It has been reported that addition of polyoxometalates (POM) or fluoride anions into the TiO(2) dispersions can significantly enhance the photocatalytic degradation (PCD) of weakly adsorptive organic pollutants in water such as chlorophenol. In this work, however, contradictory effects of POM and fluoride were observed on the PCD of highly adsorptive substrate X3B, an anionic organic dye, under similar conditions. The total rate of X3B PCD, determined by total loss of X3B both in solution and on the catalyst surface, was increased in the presence of fluoride, but the rate was decreased in the presence of POM. In both cases, the dark adsorption of X3B on TiO(2) was greatly decreased, ascribed to competitive adsorption of POM or fluoride that reduces the positive charges on the catalyst surface. The spectral analysis and the kinetic study using tert-butyl alcohol as hydroxyl radical scavenger revealed that the PCD of X3B on naked TiO(2) was predominately initiated by direct hole transfer, whereas addition of POM or fluoride into the TiO(2) dispersions enhanced the degradation of X3B via hydroxyl radical pathway. It is proposed that the surface occupation of POM on TiO(2) accelerates the production of surface-bound hydroxyl radicals, due to enhanced charge separation, whereas the fluoride replacement of surface hydroxyl groups of TiO(2) increases the production of free hydroxyl radicals in solution, due to enhanced hole availability for water oxidation. Assume that the relative reactivity among various active follows the order of free hydroxyl radicals > subsurface holes > surface-bound hydroxyl radicals, the proposal could account for the observed effects of POM and fluoride on the PCD of both weakly and highly adsorptive organic substrates over TiO(2) such as chlorophenol and X3B.     

对甲基苯磺酸废水光催化氧化处理的正交试验研究(英文)

在TiO2悬浮体系下,采用对甲基苯磺酸模拟废水进行半导体光催化氧化降解静态试验;利用正交试验研究了光催化氧化降解的主要影响因素(pH值、催化剂用量、光照强度、光照时间).结果表明:在一定条件下,催化剂投加量、溶液pH、照射光强度及光照时间均存在一个最佳值;依据其影响对甲基苯磺酸废水光催化降解反应的大小,各因素排列顺序为:光照时间(光照强度(初始pH(催化剂用量.在试验最佳条件下(pH=3,催化剂用量80 mg.L-1,光照强度500 W,光照时间120 min),对甲基苯磺酸能够完全降解.     

GAS-PHASE PHOTOCATALYTIC OXIDATION OF CHCl CCl_2 AND Ph Me BY SUPPORTED TITANIA

ＧＡＳ┐ＰＨＡＳＥＰＨＯＴＯＣＡＴＡＬＹＴＩＣＯＸＩＤＡＴＩＯＮＯＦＣＨＣｌＣＣｌ２ＡＮＤＰｈＭｅＢＹＳＵＰＰＯＲＴＥＤＴＩＴＡＮＩＡＬｉＬｉｎ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂ...     

一步低温法制备可见光响应的棕色纳米TiO2及其光催化性能

光催化作为一种具有前景的技术,被广泛运用于有机物降解、废水处理、空气净化、抗菌、太阳能电池等领域.在众多的光催化材料中,纳米TiO2因具有性质稳定、耐腐蚀、廉价和无毒等优点而受到广泛关注.但纳米TiO2禁带宽度较大(3.2 eV)、只对紫外光有响应及电子-空穴对易复合等特性限制了它的应用.因此,提高纳米TiO2的可见光响应一直是研究的热点.本文发展了一种在低温下制备棕色纳米TiO2的改良溶胶-凝胶法.该法以钛酸四丁酯为钛源,无水乙醇为溶剂,形成溶胶后无需陈化和高温高压,在简单温和的条件下即可制备出棕色纳米TiO2.比较了低温干燥和高温焙烧两种处理方法,结果表明,随着制备温度的升高,样品的粒子尺寸增大,比表面积减小,颜色从白色转变为棕色,在更高的温度又变浅.样品的可见光吸收在180℃时达到最大,随后减弱.在优化温度180℃下制备的TiO2-180℃纳米粒子不仅具有较小的粒径(5.0 nm),较大的比表面积(213.45 m2/g),且在整个紫外-可见光区都具有较强的吸收,其禁带宽度低至1.84 eV.X-射线光电子能谱结果表明,TiO2粒子表面的–OH/H2O含量随制备温度升高而先增加后下降.Raman光谱中Eg峰的移动和变宽表明TiO2晶格可能存在缺陷或氧空位,而TiO2-180℃纳米粒子的电子顺磁共振图谱的g值在2.003左右,对应氧空位中的未成对电子,验证了以上推测.其中TiO2-180℃纳米粒子呈现为最强的EPR信号,表明其晶格内存在最高浓度的氧空位,这是其具有强可见光吸收的原因.光催化实验结果表明,在可见光照射下,TiO2-180℃可高效降解亚甲基蓝(MB).当C(MB)=10 mg/L,pH=4,催化剂添加量为0.07 g时,TiO2-180℃催化剂的光催化活性达到最佳,光照1 h后MB降解率达到99.33%,反应速率常数(0.08287 mg/(L·min))约为同条件下P25(0.01342 mg/(L·min))的6倍.同时,TiO2-180℃催化剂在不同单色光下的光催化活性与它对单色光的光响应大致相符.循环降解实验证明TiO2-180℃催化剂具有很好的稳定性.光猝灭实验表明,·OH在光催化降解过程占主导作用,而TiO2-180℃样品表面含有较多的–OH,有利于·OH的产生,乃至光催化反应.研究表明,晶格内高浓度的氧空位导致的强可见光响应,得益于低温制备条件而保留了大量–OH/H2O的纳米粒子表面以及更大的比表面积,共同促成了TiO2-180℃优越的光催化活性.所制备的棕色纳米TiO2经过进一步修饰后有望运用于实际应用中.