铋改性TiO2单晶光催化剂的制备及其完全去除酚类污染物

伴随着人类社会生产生活需要,工业污水中酚类物质的存在极易污染表面水、地下水甚至饮用水.然而,传统污水处理工艺无法对其实现完全去除,更因其稳定的化学结构和难降解特性,对生态系统和人类健康构成了巨大威胁.因此,寻求完全去除水体中酚类污染物是目前环境领域中重要的研究课题之一.二氧化钛因具有优越的物理、化学和光学性能,而被广泛应用于污染物降解研究,然而,传统TiO2光催化剂由于可见光吸收弱和光生电荷高复合率,导致污染物降解效率低,尤其是针对难降解有机污染物如酚类难以实现高效的去除.为此,本文通过引入铋纳米粒子作为TiO2单晶的改性剂,通过充分发挥铋纳米粒子的LSPR效应和TiO2单晶结构的高传导率,不仅有效地拓宽了TiO2的光响应范围(~2.8 eV),而且提高了光生电荷的分离效率,导致其优越的光催化行为.酚类污染物的降解实验表明,所合成的Bi-SCTiO2光催化剂在模拟太阳光照射下,能完全去除水体中的苯酚和对硝基酚,克服了现有以TiO2为基础的光催化剂无法实现酚类污染物完全去除的缺点.更重要的是,当使用环境水如自来水或矿泉水配制苯酚溶液,所制备的Bi-SCTiO2光催化剂仍能实现苯酚的高效降解(>98%);即使采用含有大量有机物质和微生物的长江水所配制的苯酚溶液,在模拟太阳光照射下,Bi-SCTiO2光催化剂对苯酚的降解率仍然高达96%.进一步研究发现,在各种无机离子如Na^+,K^+,Ca^2+,Cl^?,HCO3^?或SO4^2?(0.1 mM)的干扰下,制备的Bi-SCTiO2对苯酚降解率仍然高达98%以上.光催化循环实验表明,所制备的Bi-SCTiO2循环四次后,其对苯酚的降解率几乎保持不变,说明Bi-SCTiO2具有极好的循环稳定性.运用ESR和MS等分析手段,确定了酚类污染物降解的中间体结构、形态和降解路径,再结合Bi-SCTiO2催化剂的光电性能和自由基诱捕实验,提出了酚类污染物完全降解的机理.     

聚乙烯醇-壳聚糖复合物包埋微生物高效降解水中苯酚的研究

苯酚属于高毒性有机物,工业废水中常含有苯酚等酚类污染物,即使低浓度排放,对生态环境也会造成极大的危害。本文以聚乙烯醇-壳聚糖复合物为载体包埋微生物,获得了高效降解水中苯酚的固定化微生物球形催化剂。固定化微生物初次处理苯酚水溶液,30℃下反应120 h,苯酚浓度由100 mg·L~(-1)降至0.48 mg·L~(-1),苯酚降解率高于99%;而在相同条件下,使用游离微生物苯酚的降解率仅为21.1%。固定化微生物重复使用处理苯酚水溶液,催化活性提高显著,第4次重复使用,反应5 h苯酚的降解率已达到99%;65次循环处理苯酚水溶液,苯酚的降解率达到99%所用的时间几乎保持不变(5 h)。聚乙烯醇-壳聚糖复合物包埋微生物,既包埋了微生物实现了固定化,又为微生物活性的发挥提供了适宜的微环境,使得制备的固定化微生物具有良好的催化活性和重复使用性。     

增强型电场协助光催化降解有机污染物

以颗粒状ＴｉＯ２为光催化剂,以工苯酚溶液的降解为模型反应,实现了在电场协助下三维光电组合仙化反应,实验发现,在相同的反应条件下,电解反应和光催化反应中苯酚的降解率分别为１０％和３３．６％,而光电组合催化过程中苯酚的降解率为８２．８％,存在明显的协同作用,产生这种协同作用的主要原因是,电解水反应可有效地为光催化反应提供氧源,以及阳极偏压可有效地减少光生电子和空穴的复合,此外,还研究了电量和溶液酸碱性     

苯酚和氯苯酚的Pt／TiO2催化光解

在TiO_2和Pt/TiO_2催化作用下水溶液中苯酚、对氯苯酚、2,4-二氯苯酚和2,4,6-三氯苯酚均能发生光致降解(λ≥345nm)。在固定于反应器内壁的薄层Pt/TiO_2催化作用下,这些化合物的光致降解均呈现一级反应动力学;表观反应速率常数K_(ob)的相对大小为:苯酚<对氯苯酚<2,4-氯苯酚<2,4,6-三氯苯酚。少量H_2O_2(1.9×10~(-2)mol·L~(-1))能提高这些化合物的光解速率。光照1.0～5.0h后这些化合物的降解率大于97％,COD去除率大于95％。     

木质素超临界溶剂降解反应及其在酚醛树脂合成中的应用

天然大分子木质素在超临界乙醇-甲酸介质中可以有效地降解为酚类化合物.超临界乙醇为木质素提供了理想的反应介质,甲酸热分解原位产生的氢作为木质素裂解自由基封端剂有效促进了降解向小分子转化;过渡金属盐可以催化降解反应.木质素超临界降解机理为自由基反应,在还原状态下氢可以对木质素自由基封端从而得到小分子化合物.木质素理想的超临...     

裂解气相色谱-质谱法研究聚醚酰亚胺的热裂解行为

采用裂解气相色谱-质谱技术研究了聚醚酰亚胺(PEI)在550℃、650℃和750℃裂解温度下的热分解行为.随着裂解温度上升,裂解产物明显增加.在750℃时聚合物分子链断裂完全,共鉴别到25种碎片组分.PEI热分解的碎片中叔丁基苯酚、叔丁基甲基苯酚、苯酚、苯胺、氰苯、2-苯基-1H-异吲哚-1,3(2H)-二酮等5种裂解产物最重要,因此可以依据这几种化合物定性鉴别聚醚酰亚胺.依据热分解产物的数量以及结构推断降解机理为:裂解首先从醚键开始,其次是酰胺基团中的C-N键,然后再经过一系列消除反应、成环反应、重排反应等形成多种裂解碎片.     

苯酚在含氯体系中的电化学氧化

以Ru-Ir/Ti三元电极作阳极电解处理苯酚废水,研究废水中Cl-初始浓度对处理效果的影响.结果表明,在一定的电解时间内,苯酚的电化学氧化符合一级动力学方程;废水中Cl-的初始浓度越大,苯酚完全被氧化所需的时间也越短,即其表观速率常数越大.苯酚在Cl-体系中降解的中间产物主要有4-氯苯酚,1-氯苯酚,2,4-二氯苯酚,2,6二氯苯酚,2,4,6-三氯苯酚及各种短链脂肪酸和氯代醇等;最终产物是CO2、CHCl2和CHCl3.电解中间体的生成和降解速率随废水中Cl-初始浓度的增加而增大.据此,导出苯酚在含Cl-体系中电化学氧化的反应途径.     

掺硼金刚石电极电催化氧化酚类有机物的取代基效应

本文主要以当前水环境中存在酚类有机污染物为研究对象,探讨酚类有机污染物在掺硼金刚石(BDD)电极上的取代基效应,具体研究具有不同位置及种类官能团的取代酚类有机污染物在BDD电极上的电催化氧化过程,通过化学需氧量和浓度变化考察有机污染物在电催化降解过程中的降解趋势,深入分析电极种类、官能团位置与种类与电催化氧化活性之间的联系的同时,研究阳极材料电催化氧化有机污染物的机理及动力学。结果表明,有机物在电极表面的电催化过程以电产生羟基自由基为媒介,对苯二酚在不同电极上的电催化活性与电极析氧电位及表面产生羟基自由基量有着重要的联系,BDD电极拥有最强的电催化氧化活性;不同取代基团的对位取代酚在BDD电极上的电化学降解实验显示电催化反应速率受取代官能团自身的电子效应制约,有机物矿化过程中羟基自由基首先进攻苯环的对位发生取代反应,同时取代基脱离苯环过程成为整个取代酚类电化学降解过程的决速步骤,且有机物的电催化反应速率与取代基特征Hammett常数σ呈近似线性关系。     

高浓度含酚废水中酚类的转化回收及脱除

以含量30 g/L的苯酚水溶液为模型,提出氯化联合氧化工艺,实现对高浓度含酚废水中苯酚的转化回收及残余酚类的氧化脱除。 首先以pH值作为指示,向溶液中引入足够量的氯离子和氢离子,通过加入氯酸钠与之反应定量产生氯气;在所控制的实验条件下,氯气与溶液中的苯酚选择性反应转化为低溶解度的三氯苯酚沉淀,经气相色谱-质谱（GC-MS）面积归一法测得其含量可达97.76%;过滤所得滤液化学需氧量（COD）降低至1125 mg/L,苯酚回收率约98.7%。 采用Fenton氧化技术对该滤液进行氧化降解,结果表明,在优化的实验条件pH=3、Fe2+浓度为1 mmol/L下,H2O2用量为15 mL/L时,残余的氯酚类即可以被有效降解,降解后的水样经调碱性将铁或亚铁离子沉淀后为无色透明的溶液;联合处理后,水样COD减小到52 mg/L,该值满足国家工业污水排放标准。     

阴阳极协同作用下对硝基苯酚的电催化降解

利用线性扫描伏安法和恒电流电解法研究了Ti/PbO2电极对于对硝基苯酚（PNP）降解的电催化活性,通过对阳极过程和阴极过程中对硝基苯酚及其降解中间产物的液相色谱测定,研究了阴阳极协同作用下对硝基苯酚电催化降解的历程。 结果表明,Ti/PbO2电极能够有效地电催化降解水溶液中的对硝基苯酚,在35 ℃,初始浓度为1 mmol/L的对硝基苯酚水溶液,恒定电流密度40×10-3 A/cm2,电解240 min,对硝基苯酚转化率为98.6%。 对硝基苯酚电催化氧化降解要经历生成对苯二酚、邻苯二酚、对苯醌、丁烯二酸和草酸,最终变成二氧化碳和水的反应历程,其中对苯二酚为第一步反应的主产物,对苯醌转化为丁烯二酸和丁烯二酸转化为草酸这两步反应是阳极氧化过程的速率控制步骤。 对硝基苯酚在阴极上发生还原反应,还原产物为对氨基苯酚（PAM）。 在无隔膜电解槽中,由于阴极还原产物对氨基苯酚很容易到阳极上发生氧化反应,阴阳两极产生协同作用,因而加速了对硝基苯酚的降解反应。