染料敏化TiO_2可见光光催化降解罗丹明B

苝二酰亚胺(PTCDI)是一种n型半导体材料,在可见光区有很强的吸收,广泛用于有机光伏器件领域的研究.以PTCDI为光敏剂制备TiO2可见光光催化剂用以降解环境污染物的研究还鲜有报道.本文采用水热法制备苝二酰亚胺(PTCDI)和四磺酸酞菁铜(CuPcTs)敏化的TiO2复合样品.利用XRD、TEM、UV-Vis和荧光光谱对复合样品进行表面形貌和结构表征,以可见光光催化降解罗丹明B为模型反应.研究结果表明,染料敏化能够有效地拓宽样品的吸收光谱范围,提高可见光光催化活性;电子收集型的共敏化复合样品体现出了优于单一染料敏化样品的光催化活性.应用能带结构理论,阐明了单一染料敏化和共敏化样品的光生电子转移机制.     

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.     

Fe3+/TiO2光催化降解溴化乙锭的研究

溴化乙锭(Ethidium Bromide,EB),是一种常见的阳离子荧光染料,能与双链核酸发生嵌入作用,使荧光强度显著增强[1],因此被广泛应用于生命科学尤其是分子生物学领域中核酸的定性、定量分析。但EB是一种强烈的诱变剂,具有中度毒性[2],且易逸入空气中,增加了危害性。半导体超细微粒如TiO2[3]、CdS[4]等在紫外光或者可见光光照下产生强烈的氧化作用,能把许多难分解有毒污染物氧化为CO2、H2O等无毒物质。其中TiO2已被广泛用于光催化法处理各种染料以及难分解的污染物[5,6]。当用波长小于或等于388nm的紫外光照射锐钛型TiO2时,可将电子从价…     

TiO2纳米管阵列在环境领域的研究进展

TiO2纳米管阵列是一种新型的无机功能材料,具有化学惰性、气敏、介电效应、良好的生物兼容性、较强的光催化能力以及抗化学腐蚀和光腐蚀的能力,特别是具有很好的光催化活性,使其在太阳能的储存与利用、环境净化、催化剂、光催化降解环境污染物等方面有比较多的研究应用.TiO2纳米管阵列通过一定的修饰可以使其吸收光谱向可见光区迁移,同时它兼具成本低廉、环境友好等优点,是当前环境污染物削减与监控的重要研究方向之一.本文主要对近年来国内外TiO2纳米管阵列作为光催化剂降解环境污染物和作为功能材料在环境分析检测中的应用进行简要综述,为开发新型污染物监控与处理技术及拓展TiO2纳米管阵列的潜能提供重要参考.     

有毒难降解有机污染物的光催化降解

有毒难降解有机污染物的光催化降解在原理、过程和效率等方面仍然存在着巨大的挑战,特别是光催化剂的构效关系、可见光的利用、分子氧的活化和污染物分子矿化分解的机理仍然是今后的研究热点.本文就近年来在半导体光催化和负载型铁离子光催化降解有毒有机污染物的两个重要方面的研究进展进行了评述.     

SiO2负载的TiO2光催化剂可见光催化降解染料污染物

 采用酸催化溶胶-凝胶法制备了SiO2负载的TiO2光催化剂,考察了制备条件对负载型TiO2光催化剂的晶相、结构、比表面积和可见光催化活性的影响. 结果表明,采用SiO2为载体时,TiO2以纳米颗粒的形态分散在载体表面,负载型TiO2/SiO2催化剂的比表面积大、等电点低而且热稳定性能良好. 偶氮染料酸性橙7的可见光催化降解实验结果表明,染料污染物在催化剂表面的吸附是影响催化剂可见光催化活性的重要因素. 与试剂TiO2样品相比,负载型TiO2/SiO2光催化剂具有更好的光催化活性和沉降性能.     

负偏压下（Ni-Mo）/TiO2膜电极光电催化降解罗丹明B的性能和机理

用复合电沉积方法制备了(Ni-Mo)/TiO2薄膜电极,以扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman Spectra)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)对薄膜的表面形貌、晶相结构和光谱特性进行了表征,在负偏压和可见光作用下,以罗丹明B为模拟污染物研究了薄膜的光电催化性能.采用电化学技术和向溶液中加入活性物种捕获剂的方法对薄膜光电催化降解机理进行了探索.结果表明:(Ni-Mo)/TiO2薄膜是由粒径为50～100 nm的TiO2纳米粒子相和纳米晶Ni-Mo固溶体相构成的复合薄膜.薄膜具有较高的光电催化活性,在-0.4 V偏压和可见光照射下反应60 min,复合薄膜光电催化罗丹明B(c=5 mg/L)的降解率是多孔TiO2(P25)/ITO纳米薄膜的1.56倍.复合薄膜电极中Ni-Mo纳米晶合金对溶解氧和激发电子还原反应的催化作用是光电催化降解活性提高的重要原因.通过调节外加偏压,可以控制电极溶液界面间染料与活性氧化物种的存在形式及其相互作用,是研究可见光催化降解反应历程的有效方法.在负偏压和可见光作用下,羟基自由基和染料正离子自由基对染料的光电催化降解有决定性作用.     

有序复合光催化剂H6P2W18O62/TiO2的低温制备及其可见光光催化降解一氯苯

近年来,随着人们环保意识的增加,越来越多的人开始关注河流污染问题,各种处理有机污染物的方法逐渐被人们所研究.常见的方法主要有物化法、化学法、生物法和光催化氧化法等.其中,利用光催化氧化技术来处理各种有机污染物,如一氯苯的研究成为人们关注的热点[1-4].在大量的研究中,人们发现常见的光催化材料如TiO2,ZrO2和杂多酸的带隙较宽,光谱反应范围较窄,吸收主要集中在紫外区,光生载流子的复合效率较高,量子效率较低,因而,他们的实际应用受到了限制.为此将两种光催化剂通过掺杂改性来提高催化活性成为一种趋势.本文采用非离子表面活性剂C18H37(OCH2CH2)10OH(Brij-76)作为模板剂,利用Dawson结构的杂多酸H6P2W18O62对TiO2进行掺杂改性来提高复合催化剂的性能,并选择具有生物蓄积性的一氯苯[5,6]为探针分子,考察了该复合催化剂在可见光条件下的光催化活性,实验结果显示,H6P2W18O62/TiO2对有机污染物一氯苯的光催化降解效果良好.     

以工业粉煤灰为原料制备 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂及其催化性能

2-仲丁基-4,6-二硝基苯酚(DNBP)作为杀虫剂、除草剂和烯烃基芳香族化合物阻聚剂而被广泛地应用于工农业生产中.在 DNBP生产和使用过程中,会产生大量难以降解的有机废水,从而对人类和生态环境造成极大危害.因此,开展含 DNBP废水的处理技术和方法研究具有重要的现实意义. TiO2半导体材料由于具有良好的光化学特性和电化学行为,近几十年来一直是光催化领域的研究热点.在能量等于或大于 TiO2的带隙能级的辐照光照射下, TiO2可以产生光生电子/空穴对(e-/h+).光生电子和空穴分别与 TiO2表面被吸附的 H2O和 O2分子反应,生成具有强氧化性的活性羟基自由基(?OH),对硝基酚类有机污染物具有较强的降解能力. TiO2光催化反应属于非均相反应,反应在催化剂的表面进行,催化剂对污染物的吸附是影响其催化降解性能的重要因素.但是,传统 TiO2光催化剂存在比表面积小,对有机污染物吸附能力差,光生电子与空穴易于复合等缺陷,限制了 TiO2光催化技术的进一步发展和在水处理领域中的大规模应用.我们基于气凝胶具有多孔性、大比表面积和高孔隙率的特点,以富含硅、铝的工业废弃物粉煤灰为反应原料,首先利用碱熔法和常压干燥技术制备出 SiO2-Al2O3气凝胶.在此基础上,以钛酸四丁酯(TBOT)为反应前体, SiO2-Al2O3气凝胶为载体,利用酸催化溶胶-凝胶法(sol-gel)制备出 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂.利用 X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、N2吸附-脱附(BET)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等分析测试技术对所制备的 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂结构进行了表征.结果显示,在 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂中,粒径尺寸为10~30 nm的锐钛矿型 TiO2纳米颗粒均匀分散在 SiO2-Al2O3气凝胶载体上. TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂呈现典型介孔材料的 IV型等温线. SiO2-Al2O3气凝胶的加入极大提高了 TiO2光催化剂的比表面积和对有机污染物的吸附性能,但是对 TiO2光波吸收范围影响不大.在制备出 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂基础上,进一步对其在可见光条件下的光催化性能进行了研究.以500 W的 Xe灯光源模拟自然太阳光, DNBP为探针污染物分子,系统考察了可见光照射条件下溶液 pH值、光催化剂用量、光反应时间、DNBP溶液初始浓度不同因素对 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂催化活性的影响.结果表明, TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂对 DNBP有机污染物的吸附率和光降解率明显高于纯 TiO2样品.在 DNBP溶液初始浓度为0.167 mmol/L, pH =4.86,催化剂用量6 g/L,光照时间5 h的条件下, TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂对 DNBP的降解率几乎高达100%.根据 Langmuir-Hinshelwood方程,在低浓度下光催化降解反应符合一级反应动力学.所制备的 TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂具有良好的稳定性和重复利用性能.重复利用5次后, TiO2/SiO2-Al2O3气凝胶三元复合光催化剂对 DNBP的降解率仍高达90%以上.利用紫外-可见分光光度计、气相-质谱联用仪对 DNBP降解中间产物进行了分析,探讨了 DNBP的光催化降解机理.     

负载型贵金属纳米粒子作为光/超声催化剂在化学合成和降解污染物方面的应用

综述了Au/TiO2、Au/ZrO2、Ag/AgCl等负载型贵金属纳米粒子作为有效的光/超声催化剂在化学合成和降解污染物方面的应用.负载型贵金属纳米粒子能够有效地将太阳能转化为化学能.在紫外光或可见光的辐照下,负载型贵金属纳米粒子能够催化一系列的选择性化学转化,如醇类化合物氧化为醛/酮类化合物、硫醇氧化为二硫化合物、苯氧化为苯酚、硝基苯类化合物还原为偶氮化合物等.在超声波辐射下,负载型贵金属纳米粒子能够有效地催化分解水产氢.此外,在紫外光或可见光的辐照下,负载型贵金属纳米粒子能够有效地催化降解多种污染物,如醛类、醇类、酸类、酚类化合物和染料等.在超声波辐射下,负载型贵金属纳米粒子也能够有效地催化降解包括染料在内的有机污染物.