比表面积和吸附强度对TiO2/活性炭复合体光催化降解酸性红27 活性和动力学的影响

通过超临界预处理和溶胶-凝胶过程, 制备TiO₂/活性炭复合体(TCS), 利用X射线衍射, X光电子能谱和氮气吸附-解吸分析对其结构特征进行表征, 以酸性红27的光催化降解评价复合体的光催化活性. 结果表明: TCS光催化活性比纯TiO₂大, 归功于TiO₂小晶粒尺寸, 对酸性红27和羟基自由基高的吸附量. TCS复合体对酸性红27的降解效率随其比表面积的增大先升高后降低. 通过改进的Langmuir-Hinshelwood模型对酸性红27在不同的复合体上光催化降解动力学行为进行描述, 表明TCS光催化活性的差异主要是由比表面积和吸附强度相互制约所引起. TCS3由于具有适当的比表面积和恰当的吸附强度而具有最高的光催化活性.     

导电玻璃负载CuO/V_2O_5复合纳米纤维光电极的制备及光电催化性能

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为高分子模板剂,乙酰丙酮钒(C_(15)H_(21)O_6V)和三水合硝酸铜[Cu(NO_3)_2·3H_2O]为原料,导电玻璃(FTO)为载体,结合溶胶-凝胶法和静电纺丝技术制备了前驱体纤维,经高温焙烧后得到分布均匀、具有纤维结构的导电玻璃负载的CuO/V_2O_5复合光电极(CuO/V_2O_5/FTO).采用热重-差热分析仪(TG-DTA)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)等对材料的结构进行表征,以亚甲基蓝(MB)为目标降解物,探讨了合成产物的光电催化性能.结果表明,CuO与V_2O_5能有效形成异质结构,其光电催化活性均比纯V_2O_5有明显提高,并且改变CuO与V_2O_5的比例对光电催化性能有较大影响,其中n(Cu)∶n(V)=1∶1时降解效率最高,达到96%.     

超临界辅助TiO_2/炭毡复合体的制备与光催化性能:煅烧温度与超临界条件影响

以钛酸丁酯为先驱体,通过超临界处理将其渗透到活性炭毡中,再在250℃空气中煅烧1h,然后在氮气保护下煅烧2h,制备TiO2/炭毡(TiO2/carbon felt,TCF)复合体,使用比表面积分析仪、扫描电镜、X射线衍射、荧光光谱等对其结构特征进行表征.采用刚果红(CR)水溶液为标准模型降解物,对其光催化性能进行评价.结果表明:临界温度不变时,TiO2负载率随超临界压强上升先增大后减小,当压强达到14MPa时最大;而临界压强不变时,TiO2负载率随温度的升高缓慢增大.炭毡负载TiO2后,仍然保持很高的比表面积,但随着负载率的增大,TCF比表面积减小.随着煅烧温度的升高,纯TiO2和TCF复合体晶型从锐钛矿变成金红石.但相对于纯TiO2,TCF复合体中晶粒尺寸较小,并且从锐钛矿向金红石转变的温度较高,原因是炭毡大的间面能对TiO2晶粒生长的阻碍作用.TCF复合体的荧光强度受到TiO2负载率和煅烧温度的影响.当TiO2负载率为9%时,TCF荧光强度随着煅烧温度的升高先降低、后增大,当煅烧温度为500℃,荧光强度最低;而当煅烧温度为500℃,TCF荧光强度随着负载率增大先降低后增大,负载率为18%时,荧光强度最小....     

超临界 CO2 辅助制备 TiO2 外负载火山岩复合体及其光催化降解亚甲基蓝性能

 以钛酸丁酯为前驱体, 封堵的火山岩为载体, 通过超临界 CO₂ 辅助制备了 TiO₂ 外负载火山岩复合体, 并将其用于光催化降解亚甲基蓝反应, 考察了溶液 pH 值及催化剂浓度对反应性能的影响. 结果表明, TiO₂ 外负载火山岩复合体的光催化性能优于纯 TiO₂ 和 TiO₂ 体负载火山岩复合体. 这是由于外负载复合体对亚甲基蓝的高吸附性、小晶粒尺寸的 TiO₂ 颗粒以及吸附和光催化降解间的协同效应. 亚甲基蓝浓度为 1.5 mg/L, 溶液 pH 为 8, 催化剂浓度为 6.8 mg/L 时, 外负载 TiO₂ 火山岩复合体上亚甲基蓝降解速率最高, 且使用后的催化剂仍具有高的光催化活性.     

过渡金属掺杂TiO_2/活性炭复合体的制备及双协同光催化性能

以活性炭为载体,通过溶胶-凝胶法分别制备了Fe、Ag、Zn、Mn和Cr过渡金属离子掺杂TiO2/活性炭(X-TiO2/AC,X-TA;X:过渡金属离子)复合体,利用X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)、X光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、电子自旋共振谱(ESR)和荧光光谱(FS)对其结构进行表征.以罗丹明B的光催化降解为探针实验,评价掺杂负载型复合体的双协同光催化性能和使用寿命,提出双协同光催化扩增机制,并探讨了掺杂率和负载率对双协同扩增效果影响.结果表明:通过活性炭吸附和离子掺杂对TiO2光催化性能表现出双协同扩增作用,导致X-TA对罗丹明B的降解速率常数kapp大于掺杂X-TiO2粉体和TA负载体之和.同时,掺杂率和负载率共同影响协同效应,当Fe离子掺杂率和Fe-TiO2负载率分别为0.3%和10%时,Fe-TA复合体kapp最大为0.0208min-1.另外,过渡金属离子掺杂对TiO2光催化性能提高程度按掺杂离子Ag、Zn、Mn、Cr、Fe递增.掺杂后金属离子的价态、得电子能力、比表面积和掺杂TiO2颗粒尺寸上的差异决定了不同离子掺杂负载型复合体催化性能不同,复合体寿命降低的主要原因是由于活性组分从载体上流失所引起.     

耐高温碳化硅纤维的制备与性能

采用聚硅碳硅烷（PSCS）与乙酰丙酮铝反应，合成出聚铝碳硅烷（PACS）陶瓷先驱体聚合物.经熔融纺丝、空气不熔化、烧成与高温烧结等工艺， 制备性能优异的耐高温碳化硅纤维SiC(Al).经29Si MAS NMR、 XRD、 Raman谱、AES与SEM等一系列分析表明，该纤维的化学组成和结构与普通碳化硅纤维显著不同，具有近化学计量比组成，氧、游离碳以及SixCyOz相的含量大大低于普通碳化硅纤维，这是其高温稳定的主要原因.在制备过程中铝作为烧结助剂起到了使纤维致密化与抑制晶粒快速增长的作用.     

活性炭负载Cu离子掺杂纳米TiO2颗粒的制备及光催化性能

采用溶胶-凝胶法在活性炭(AC)表面负载掺杂Cu离子的TiO2纳米颗粒, 制备负载型掺杂Cu2+-TiO2/AC复合光催化剂, 采用XRD, ESR, FS, UV-Vis和BET等手段对其进行了表征, 通过罗丹明B的光催化降解试验, 分析活性炭载体的比表面积和Cu离子掺杂量对负载型掺杂催化剂光催化活性的影响. 结果表明, Cu以+2价存在, Ti以少量的+3价存在; TiO2纳米颗粒具有量子尺寸效应, 吸光阈值显著蓝移, 并使光谱相应范围向可见光区拓展; 另外, 适量Cu离子的掺杂降低了负载型TiO2/AC的荧光强度. 负载和高温处理没有改变活性炭载体的微观结构. 以AC3为载体和质量分数为3%的Cu离子掺杂所制备的3%Cu2+-TiO2/AC3催化剂的活性最高, 并且该催化剂便于回收, 在重复使用中也表现出很高的光催化活性.     

纳米SiC基光催化剂研究进展

工业化无疑促进了经济的发展,提高了生活水平,但也导致了一些问题,包括能源危机、环境污染、全球变暖等, 其中这些所产生问题主要是由燃烧煤炭、石油和天然气等化石燃料引起的。光催化技术具有利用太阳能将二氧化碳转化为碳氢化合物燃料、从水中制氢、降解污染物等优点,从而在解决能源危机的同时避免环境污染,因此被认为是解决这些问题的最有潜力的技术之一。在各种光催化剂中,碳化硅(SiC)由于其优良的电学性能和光电化学性质,在光催化、光电催化、电催化等领域具有广阔的应用前景。本文首先系统地阐述了各种SiC的合成方法,具体包括模板生长法、溶胶凝胶法、有机前驱物热解法、溶剂热合成法、电弧放电法,碳热还原法和静电纺丝等方法。然后详细地总结了提升SiC光催化活性的各种改性策略,如元素掺杂、构建Z型(S型)体系、负载助催化剂、可见光敏化、构建半导体异质结、负载炭材料、构建纳米结构等。最后重点论述了半导体的光催化机理以及SiC复合物在光催化产氢、污染物降解和CO₂还原等领域的应用研究进展,并提出了前景展望。     

掺铁氧化钛活性炭负载体制备及其对活性艳红K2G的光催化降解

通过优化的溶胶-凝胶法制备活性炭负载的铁掺杂TiO2(Fe-TiO2/AC)复合体,使用比表面积分析仪、扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、荧光光谱等对其结构特征进行表征.采用活性艳红K2G水溶液为标准模型降解物,对其光催化性能进行评价.结果表明:活性炭负载Fe-TiO2后,仍然保持有很高的比表面积,原因是活性炭的大孔和中孔没有被堵塞.Fe-TiO2/AC中没有Fe离子衍射峰出现,可能归功于Fe离子半径和Ti相近或掺杂量少,也表明对TiO2纳米颗粒的晶型结构没有影响.相对于纯TiO2,由于活性炭载体大的比表面积和强的吸附力,使其表面上的TiO2纳米颗粒分散好,同时铁的掺杂使TiO2纳米颗粒尺寸进一步降低.另外,复合体中掺杂在TiO2中的Fe有两种存在形式,即Fe2O3和FeO.由于活性炭载体和Fe离子的掺杂浓度对光生空穴-电子对复合率的影响,从而导致活性炭负载化和Fe掺杂及其浓度的大小都对复合体荧光强度产生影响.相比于纯TiO2、0.3%Fe-TiO2、TiO2/AC、0.5%Fe-TiO2/AC和0.1%Fe-TiO2/AC,0.3%Fe-TiO2/AC显示出最大的光催化活性,并能使活性艳红K2G在有限的时间内完全矿化,这归功于恰当浓度的Fe离子掺杂和活性炭负载.另外,0.3%Fe-TiO2/AC降解活性艳红K2G的动力学常数(k=0.0229min-1)比TiO2/AC(0.0154min-1)和0.3%Fe-TiO2(0.0057min-1)两者动力学常数之和还大,原因可能是活性炭负载和铁离子掺杂同时影响,对于提高TiO2光催化活性具有放大效应.     

蜂窝状C3N4/CoSe2/GA复合光催化剂的制备及CO2还原性能

以六水金氯化钴、 硒粉和尿素为前驱体, 通过水热法合成C₃N₄/CoSe₂纳米粒子, 再将其锚定在石墨烯气凝胶（Graphene aerogel, GA）表面, 制备蜂窝状C₃N₄/CoSe₂/GA光催化剂. 采用X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、 扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段对材料的结构、 形貌和光学性能进行表征. 同时以氙灯作为模拟可见光光源, 通过CO₂光催化还原为CO考察所制备纳米材料的光催化活性. 结果表明, 在C₃N₄纳米片表面引入了CoSe₂和GA并制备出蜂窝状结构 C₃N₄/CoSe₂/GA催化剂, 通过GA, CoSe₂与C₃N₄耦合可以显著提高光吸收密度以及扩展光响应范围, 呈现了更低的荧光强度和最大的电子转移速率. 在同种光催化下, C₃N₄/CoSe₂/GA对CO₂还原催化效率最大, CO产量达到5.75 μmol·g^-1·h^-1, 并且重复使用性能良好.