La3+-SiO2掺杂纳米TiO2的合成及其光催化降解甲基橙的研究

以三嵌段非离子表面活性剂P123为模板,采用水热法合成了La3+-SiO2掺杂纳米TiO2,通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS)等手段,考察了La3+-SiO2掺杂纳米TiO2的结构与光学特性.实验结果表明,La3+和SiO2掺杂使TiO2的晶粒在生长过程中受到阻碍.Ti-O-Si键和Ti-O-La键的形成抑制了金红石相的形成和晶粒长大,提高了TiO2的热稳定性,有利于获得高纯度锐钛矿相纳米TiO2.La3+-SiO2掺杂将TiO2的光响应范围拓宽至可见光区,提高了纳米TiO2的光催化性能.与纯纳米TiO2相比,La3+-SiO2掺杂纳米TiO2光催化降解甲基橙的性能显著提高.     

碳含量对C/TiO2复合材料光催化活性的影响

 通过热解单层分散在TiO2表面的蔗糖制得了碳均匀覆盖的C/TiO2复合材料,并采用X射线衍射、紫外-可见漫反射吸收光谱和N2物理吸附等方法对复合材料进行了表征. 以亚甲基蓝和罗丹明B为模型化合物评价了C/TiO2复合材料在紫外和可见光照射下的光催化性能,考察了碳含量对催化活性的影响. 结果表明,光源不同,污染物不同,碳含量不同对催化活性的影响均不相同. 对于考察的三个碳含量的C/TiO2催化剂,在紫外光照射下,前驱体中蔗糖/氧化钛质量比为0.1时制得的C/TiO2光催化降解亚甲基蓝的活性最高,蔗糖/氧化钛质量比为0.2时制得的C/TiO2光催化降解罗丹明B的活性最高; 在可见光照射下,蔗糖/氧化钛质量比为0.05时制得的C/TiO2光催化降解亚甲基蓝和罗丹明B的活性都最高.     

纳米复合Y_2O_3/TiO_2的制备、表征及其光催化性能研究

采用溶胶 凝胶法制备复合半导体Y2 O3/TiO2 。掺入Y2 O3会阻碍锐钛矿晶相的出现 ,掺入浓度越大 ,TiO2 锐钛矿 (10 1)峰强度减小越大、平均晶粒直径与颗粒直径减小、比表面积增大 ;Y2 O3/TiO2 具有高热稳定性与高比表面积 ,由于量子尺寸效应 ,掺入Y2 O3使光催化剂的拉曼峰发生微小位移 ,在 3 80～ 460nm范围内 ,使反射率增强。以亚甲基蓝与甲基橙溶液光催化降解为模型反应 ,掺入Y2 O3,复合光催化剂对亚甲基蓝溶液的光催化脱色降解一级动力学常数明显低于纯TiO2 的 ;掺入 5 %和 10 %Y2 O3,复合光催化剂对甲基橙溶液的光催化脱色降解一级动力学均常数高于纯TiO2 的 ,掺入浓度太高反而有害。讨论了掺入Y2 O3后光物理性质的变化与其光催化活性的关系     

SiO_2掺杂TiO_2催化超声降解甲基橙溶液

采用实验室合成的SiO2掺杂TiO2作为催化剂,以甲基橙超声降解反应为模型,研究了各种因素对SiO2掺杂TiO2催化超声降解甲基橙的影响.结果表明在SiO2掺杂TiO2催化剂作用下超声降解甲基橙的效果明显优于非掺杂的锐钛矿型TiO2的催化效果.SiO2掺杂TiO2催化剂用量在0.5～1.0g/L之间,超声波频率25kHz,输出功率1.0W/cm2,pH为1.0～3.0时,在甲基橙水溶液初始浓度20mg/L的条件下,80min,降解率达到了98%以上,COD的去除率也达到了99.0%.因此,SiO2掺杂TiO2催化超声降解有机污染物的方法具有很好的应用前景.     

H2O2络合凝胶法制备纳米TiO2/SiO2复合催化剂及其光催化性能

采用H2O2络合凝胶法获得钛的络合物[TiO(H2O2)]2 水溶胶,并与SiO2水溶胶包覆复合,制备了纳米TiO2/SiO2复合半导体催化剂,其结构经XRD和BET表征。以含阳离子艳红染料模拟废水降解为模型反应,考察了复合催化剂的光催化性能。实验结果表明:经650℃焙烧后的复合催化剂中TiO2粒径为9.8 nm,光催化活性最好,SiO2的最佳掺杂量为25%。     

活性炭负载TiO2-Fe3O4磁性光催化剂的制备及性能

采用溶胶-凝胶法制备了易于固液分离的活性炭（AC）负载磁性光催化剂（TiO2-Fe3O4／AC）．样品通过SEM-EDX和X射线衍射法进行表征．通过在紫外光照射下降解亚甲基蓝评价其光催化降解能力．结果表明：负载22％Fe3O4的光催化剂（含20％TiO2和58％AC）的光催化活性最强（120min时亚甲基蓝的降解率达到87％,是纯TiO2的2．7倍）;磁性光催化剂可实现磁分离回收．     

Fe_2O_3/TiO_2纳米管阵列的制备及其光催化性能

在钛基体上采用阳极氧化法制备了TiO2纳米管阵列,采用化学浴方法在TiO2纳米管阵列上修饰了Fe2O3纳米颗粒。利用扫描电镜、X射线衍射和紫外可见漫反射光谱等手段对材料进行了表征,同时测试了材料的光电化学性能及其光催化降解亚甲基蓝染料废水的性能。结果表明,Fe2O3纳米颗粒的修饰将TiO2纳米管阵列的光响应拓宽至可见光区域,提高了光电流,Fe2O3/TiO2纳米管阵列的光电流是未修饰的TiO2纳米管阵列的9倍。而在光催化反应中,亚甲基蓝最高降解率可达80%,比未修饰的TiO2纳米管阵列高出30%。     

TiO2催化超声降解亚甲基蓝溶液

采用高温活化处理过的普通锐钛型TiO2为催化剂,研究了各种因素对亚甲基蓝超声降解反应的影响.结果表明:在普通锐钛型TiO2作用下,亚甲基蓝的超声降解效果明显优于单纯超声降解.降解动力学符合一级反应.在超声波频率 40kHz,输出功率 50W,催化剂用量 1. 0g/L,pH为 5. 16, 40℃,亚甲基蓝水溶液初始浓度 5mg/L的条件下, 120min左右降解率即可达到 80 %以上.     

Fe3+掺杂TiO2/凹凸棒复合光催化剂的制备和光催化活性

用酸催化溶胶-凝胶法制备了Fe³⁺掺杂TiO₂/凹凸棒（Fe³⁺-TiO₂/ATP）复合光催化剂,对其结构、微观形貌、光吸收性能和可见光下的光催化性能进行了表征。XRD和TEM测试结果表明,Fe³⁺-TiO₂/ATP具有较好的热稳定性,经450 ℃热处理后的ATP晶体结构基本保持不变,锐钛矿TiO2均匀的分布在ATP表面,TiO2颗粒之间无团聚,且平均粒径小于纯TiO₂。UV-Vis-DRS测试结果表明,Fe³⁺的掺杂可明显增强复合光催化剂对可见光的吸收,光响应范围拓展到了整个紫外-可见光区。在可见光下,Fe³⁺-TiO₂/ATP复合光催化剂对亚甲基蓝具有很好的催化降解活性。Fe³⁺-TiO₂/ATP的反应速率常数分别为TiO₂/ATP、P25和纯TiO2的1.37、4.83和6.51倍。复合光催化剂的沉降性能优于纯TiO2和P25,易于分离。     

微乳法合成纳米SiO2/TiO2及其光催化性能

采用聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)/正己醇/环己烷/氨水微乳体系合成了纳米TiO2和SiO2/TiO2复合物,用X射线衍射、红外光谱和透射电镜对其结构进行了表征,并以甲基橙降解评价了其光催化性能,讨论了SiO2/TiO2摩尔比、晶相组成及粒径与光催化活性的关系.结果表明,SiO2/TiO2催化剂中形成了新的Ti-O-Si键和无定形SiO2;在纳米TiO2中复合SiO2能有效抑制锐钛矿向金红石的转变,增加锐钛矿的稳定性,并阻止TiO2晶粒的聚集生长.催化剂的光催化活性随金红石含量的增加而降低,加入适量SiO2能明显提高TiO2的光催化活性,其中摩尔比为1/7的SiO2/TiO2光催化活性最高.     

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.     

可磁分离的氮掺杂二氧化钛光催化剂的制备及光催化性能

将氮掺杂二氧化钛和通过液相催化相转化制备的磁性载体混合、煅烧制备了一种可磁分离的光催化剂TiO2-xNx/SiO2/NiFe2O4(TSN), 这种光催化剂显示出了典型的铁磁性和可见光活性(λ>400 nm). 对该光催化剂的XRD谱图和透射电镜照片进行分析. 结果表明, SiO2/NiFe2O4(SN)纳米粒子黏附在TiO2-xNx聚集体的表面形成了TSN复合光催化剂. 利用光催化降解甲基橙的效果来评价这种光催化剂的活性. 结果表明, 在NiFe2O4和TiO2-xNx之间包覆一层无定形的SiO2, 可以显著地提高催化剂的脱色效果.     

表面键联型TiO2/SiO2固定化催化剂的结构及催化性能

 采用浸渍法制备了表面键联型TiO2／SiO2固定化光催化剂．XRD\r\n,FT－IR,XPS和BET比表面积测定结果表明,TiO2通过Ti－O－Si联结\r\n负载于多孔硅胶的表面,由此提出TiO2／SiO2的结构模型．考察了多孔\r\n硅胶的粒度及氧化钛负载量对催化剂活性的影响．对活性艳红K－2G（\r\nR15）的光催化脱色反应,最佳的光催化剂30％TiO2／SiO2（Ims30）比\r\nB－TiO2粉末的催化速率快3倍．随着载体粒度的减小,催化剂的比表面\r\n积增大,催化活性升高;多孔硅胶不仅起着支持体的作用,而且具有分\r\n散的作用;多孔硅胶具有很好的透光性．经ξ－电位测定,所制备催化\r\n剂的等电点为3．0pH单位,表明催化剂表面呈酸性．     

Ag@AgCl修饰TiO2-xCx光催化剂的制备及其可见光降解污染物性能

以钛酸丁酯和葡萄糖为原料用水热法制备了碳掺杂二氧化钛,再进一步对其进行Ag@AgCl表面修饰.用X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS),透射电镜(TEM),BET比表面仪和紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱等手段对样品进行测试表征;在可见光辐射下(λ＞420 nm),以甲基橙和苯酚溶液的光催化降解实验来评价样品的活性.结果表明:经Ag@AgCl修饰后,样品的粒径增大,比表面积减小,对可见光的响应增强;可见光光催化效率有大幅度提高,对甲基橙和苯酚的降解效率分别是修饰前的5.5和3.4倍,且光催化剂经三次循环使用后活性基本保持不变.     

二氧化钛柱撑蒙脱土的溶剂热合成及光催化活性

以乙醇水溶液为溶剂,以六亚甲基四胺为沉淀剂,以TiCl3为前驱体,通过醇-水溶剂热的方法合成出二氧化钛柱撑蒙脱土复合纳米光催化剂,通过XRD、BET、AAS等对其物相组成、比表面积及元素含量等进行了表征．结果表明,复合光催化剂具有良好的介孔结构,其孔径分布主要集中在6～10nm,且比表面积明显增大．光催化降解亚甲基蓝活性结果表明,当m（TiO2）／m（蒙脱土）=0．2：1时,复合催化剂由于柱化后具有较大的比表面积、孔容和适当的孔分布而表现出良好的光催化活性．     

新型可见光响应的 InVO4-Cu2O-TiO2三元纳米异质结：制备及其光催化性能

由于日益严重的环境和能源危机,可见光催化剂的开发已成为当今最具挑战和紧迫的任务之一.将 TiO2和其它窄禁带半导体复合,已被证明是一种有效的可提高其可见光光催化性能的策略. Cu2O是一种禁带宽度为2.0 eV的 p型窄禁带半导体, InVO4则是一种禁带宽度为2.0 eV的 n型半导体,因它们可用于可见光光解水产氢和有机污染物的可见光降解而在过去的数年中引起了人们广泛的关注.但是纯的 Cu2O和 InVO4由于光生电子空穴对在其内部快速地复合,光催化活性通常都比较低.基于能带工程的策略本文设计了一种新型的可见光响应的 InVO4-Cu2O-TiO2三元纳米异质结,并通过普通的湿化学法进行制备：先通过水热法制备 InVO4,再通过溶胶-凝胶法制备 InVO4-TiO2二元复合物,最后通过沉淀和还原过程制备得到 InVO4-Cu2O-TiO2三元纳米异质结.
　　在10%InVO4-40%Cu2O-50%TiO2三元纳米异质结的 X-射线衍射谱中没有观察到明显的杂质峰;通过透射电子显微技术和高分辨透射电子显微技术观察到了它们之间异质结的形成,纳米颗粒的尺寸范围在5?20 nm;经紫外可见漫反射光谱估算得到10%InVO4-40%Cu2O-50%TiO2的禁带宽度为2.78 eV,在可见光区域具有较强的吸收.以普通的9 W节能灯作为可见光光源光照甲基橙5 h后,纯的 InVO4, TiO2和 Cu2O几乎没有光催化活性;10%InVO4-90%TiO2的光催化活性也很低,甲基橙降解率为8%;70%Cu2O-30%TiO2对甲基橙降解率达84%,但初始活性较低;10%InVO4-40%Cu2O-50%TiO2对甲基橙降解率接近90%,并且循环使用6次后,其光催化活性的保持率还维持在90%以上,而50%Cu2O-50%TiO2光催化活性的保持率只有74%.
　　经对使用过的10%InVO4-40%Cu2O-50%TiO2进行 X射线光电子能谱表征发现,存在一弱小的 Cu(II)震动卫星峰,表明在 InVO4-Cu2O-TiO2的光催化过程中 Cu2O的光蚀并不严重.从能带工程的角度分析, InVO4-Cu2O-TiO2三元纳米异质结具有优异的可见光催化性能的主要原因为： InVO4的导带电极电位约为?0.5 eV(vs. SHE,下同),价带电位约为+1.5 eV, Cu2O的分别约为?1.6和+0.4 eV,与 TiO2(导带和价带电极电位分别约为?0.23和+2.97 eV)相比,它们的导带位置更负,将它们组装成三元复合结构,可见光激发的导带电子就可能从 InVO4和 Cu2O的导带迁移到 TiO2的导带上去.同时, n型的 TiO2和 InVO4都与 p型的 Cu2O形成 p-n异质结, n型的 TiO2和 InVO4之间形成 n-n异质结,由于 p-n异质结中内电场的存在以及不同能级相互耦合,可进一步促进可见光激发的导带电子从 InVO4和 Cu2O的导带迁移到 TiO2的导带上去,以及可见光激发的价带空穴从 InVO4的价带迁移到 Cu2O的价带上去,从而实现光生载流子空间上的有效分离.本文有望为新型可见光响应的半导体复合催化剂的设计和制备提供新的思路.     

Ce及N共掺杂改性TiO_2光催化性能及Ce组分的作用

以钛酸正丁酯、硝酸亚铈及氨水为前驱体运用溶胶-凝胶法对TiO2进行Ce及N单一和共掺杂改性,以甲基橙光催化降解为探针考察掺杂组分对催化剂的紫外、可见光活性影响,观察到了Ce及N的单一掺杂及共掺杂催化剂紫外、可见光活性的明显提升。运用X射线衍射(XRD)、低温氮气吸附(BET)、紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS)、程序升温氧脱附(TPD)和程序升温氧化(TPO)等表征手段从催化剂的晶体结构及形貌、比表面积、紫外及可见光响应特性、表面吸附氧量及吸附氧循环性能等方面尝试理解掺杂组分的光活性影响机制。实验结果表明掺杂改性催化剂中适量Ce组分的作用在于通过抑制催化剂的晶粒长大、团聚和锐钛结构向金红石结构的相转变,提高催化剂的光相应强度和拓展光响应范围,增加催化剂表面吸附氧容量和促进催化剂的表面氧循环,有效捕获光生载流子,衍生各类高活性自由基物种和增大催化剂比表面积等方面增进催化剂的光催化性能。     

不同pH值制备的TiO2和TiO2/SiO2催化剂结构、表面性质及光催化活性

以TiOSO₄和SiO₂溶胶为原料, 采用沉淀法用氨水调节pH值制备TiO₂和TiO₂/SiO₂催化剂. 制备的催化剂用X射线衍射(XRD), 扫描电镜(SEM), N₂吸附(BET), 紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱, 程序升温脱附(NH₃-TPD), 傅里叶变换红外(FT-IR)光谱技术分析. XRD谱图显示纯TiO₂中锐钛型和金红石相共存, 且金红石相含量随pH值升高而增加. 但是, TiO₂/SiO₂催化剂只有锐钛型. 扫描电镜发现制备的催化剂呈类球形, 颗粒间相互交叠, 粒径在10-25 nm之间. TiO₂和TiO₂/SiO₂光催化剂的比表面积随pH值升高略有增大. SiO₂的添加会增大催化剂的比表面积. 程序升温脱附实验结果说明催化剂的表面酸量随pH值升高而增加. TiO₂/SiO₂的表面酸量比相同pH值制备的TiO₂大. 红外光谱分析说明Si掺杂和高pH值有利于催化剂表面生成更多的羟基. TiO₂和TiO₂/SiO₂光催化剂的催化活性随pH值升高而明显增强. TiO₂/SiO₂的光催化活性优于TiO₂. TiO₂/SiO₂催化剂具有较好的耐久性.     

双介孔结构的纳米TiO2/I2复合材料的制备及其可见光催化性能

以钛酸丁酯为前驱体,碘溶胶为碘源,在室温下采用水解沉淀法制备了单质碘和纳米TiO2复合的双介孔结构光催化剂(M-I2-TiO2).采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、比表面分析(BET)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱和傅里叶变换-红外光谱(FT-IR)对M-I2-TiO2进行了表征.以次甲基蓝(MB)溶液为模拟废水,对M-I2-TiO2的光催化性能进行了评价,研究了不同热处理温度对光催化活性的影响.结果表明,M-I2-TiO2在可见光区有显著的吸收,300℃热处理得到的样品比表面积高达227.6 m2/g,600℃热处理所得样品的比表面积仍高达111.8 m2/g,而400℃热处理所得样品具有最好的光催化降解性能.双介孔结构纳米TiO2/I2复合材料的光催化降解性能显著高于相同方法制备的纯TiO2和Degussa P-25商业产品.催化剂经6次重复使用其光催化活性基本保持不变.     

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.