氟钒锰共掺对TiO2柱撑膨润土光催化脱硝性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备氟钒锰共掺改性的TiO2柱撑膨润土,使用XRD、氮吸附、UV-vis光谱和SEM等手段对其进行了表征测试,并对其室温下的可见光催化脱硝性能进行了评价研究。结果表明,对于NO质量浓度为661μg/m3的气体,F-VM n共掺TiO2柱撑膨润土的光催化脱除效率近似达到100%,而NO质量浓度提升至1657μg/m3时,光催化效率为81.9%,与未柱撑的F-V-Mn共掺TiO2相比提高了33.8%。F-V-Mn共掺TiO2柱撑膨润土上光催化脱反应速率常数最大,是V-Mn共掺TiO2柱撑膨润土的2倍,且前者的抗水和抗SO2中毒能力也更强。TiO2柱撑不仅保留了膨润土的片状晶体结构,而且使膨润土层间距由0.667 nm增大至0.710 nm,吸附能力增强;同时,掺杂元素能抑制TiO2金红石相生长,降低TiO2禁带宽度,提高可见光响应,延长使用寿命,拓宽应用范围。     

微波辅助合成ZnO-TiO2及其可见光催化脱硝活性

通过对比水热溶胶凝胶法与微波辅助溶胶凝胶法制备的复合TiO₂的光催化性能,最终采用耗时较短且结晶度更好的微波辅助溶胶凝胶法制备了不同复合比例的ZnO-TiO₂材料。ZnO-TiO₂复合材料比表面积和孔容孔径尺寸较TiO₂材料均有明显增大,表面酸性更强,能带结构有利于电子空穴的高效分离,催化还原活性与选择性更强。经光催化脱硝实验优化出ZnO与TiO₂最佳复合比为0.2,对于初始质量浓度为6.83 mg/m³的NO_x,在65 W节能灯照射的光源条件下,可见光催化脱除效率高达85%,NO_x质量浓度提高至13.67 mg/m³,在通入氨氮比为1:1的NH₃后,脱硝效率高达96%,比纯TiO₂的提高43%,质量浓度适用范围较前期研究拓宽近六倍。机理分析认为,整个反应可分成吸附与光催化两个部分,其中,吸附是该反应的速控步骤,NO在吸附氧的作用下被氧化为NO     

SO2和NO浓度对TiO2-硅酸铝纤维脱除元素汞的影响

使用溶胶凝胶法制备了TiO₂-硅酸铝纤维纳米复合材料。使用此复合材料在波长为253.7 nm的紫外光照射下脱除模拟烟气中的元素汞,实验研究了SO₂和NO浓度对光催化脱汞的影响以及温度对脱汞率的影响。结果表明,常温时烟气中SO₂浓度对光催化脱汞表现出促进作用,当SO₂浓度为1 200 μg/m³时脱汞率最高可达93%。NO浓度对光催化脱汞表现出抑制作用,随着NO浓度的增加脱汞率逐渐降低。高温时SO₂和NO浓度对光催化脱汞的作用规律与常温时相似。随着模拟烟气温度的升高,脱汞率逐渐减低,升高温度对光催化脱汞表现出抑制作用。     

复杂烟气条件下太西活性焦脱除Hg0的实验研究

为了解复杂烟气条件下活性焦吸附剂的脱汞特性,利用汞渗透管和主要气体成分模拟复杂烟气,在实验室规模的固态吸附剂汞吸附效能测定系统上,进行了太西活性焦吸附单质汞的实验研究,并采用FT-IR对活性焦表面进行了光谱表征。结果表明,在活性焦表面存在各种含氧官能团;在CO₂/N₂/O₂/SO₂/Hg⁰烟气体系中,当SO₂加入量为400、855、1 520 mL/m³时,出口汞浓度分别为36、43、48 μg/m³,SO₂对系统吸附Hg⁰的能力有抑制作用;在CO₂/N₂/O₂/NO/Hg⁰烟气体系中,较低浓度的NO对Hg⁰脱除有抑制作用,而高浓度值的NO抑制作用减弱;在CO₂/N₂/O₂/NO/SO₂/Hg⁰烟气体系下,提高NO浓度对Hg⁰脱除有一定的促进作用,而提高SO₂浓度初期促进汞的脱除,后期则表现为抑制作用。     

宽工作温度烟气脱硝催化剂制备及反应机理研究

以溶胶-凝胶法制备介孔TiO₂载体,采用分步浸渍法制备了V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂,借助BET、NH₃-TPD、H₂-TPR、SEM、活性评价、In-situ FT-IR等手段,考察了催化剂的结构、酸性、还原性、脱硝活性及反应机理等。介孔TiO₂载体比表面积为158.6 m²/g,制成催化剂后比表面积略有降低,约为136.7 m²/g。针对模拟烟气在φ_NH3/φ_NO=0.8的条件下测试催化剂的脱硝活性温度窗口为250~400 ℃,脱硝转化率达到80%。NH₃-TPD和H₂-TPR表征结果表明,催化剂在活性温度范围内具有典型的表面酸性位,载体TiO₂与V₂O₅之间存在的相互作用使得V₂O₅还原温度降低。利用In-situ FT-IR研究NH₃和NO在V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂表面吸附和氧化的反应过程发现,NH₃可同时吸附在L酸位和B酸位,NH₃在活性位上氧化脱氢形成NH₂物种是SCR脱硝反应的控制步骤。研究NO+O₂+NH₃反应时发现,吸附NH₃的催化剂引入NO和O₂后,共价吸附的NH₃首先消失。选择性催化还原反应发生在吸附态NH₃和气态或弱吸附态的NO之间,该反应遵从Eley-Rideal反应机理。     

铜锰复合低温NH3-SCR整体催化剂的制备及其性能研究

以堇青石蜂窝陶瓷为载体,采用溶胶-凝胶法在其表面不同质量比交替负载Mn-Ce-O/TiO₂和Cu-Ce-O/TiO₂得到多层复合催化剂,用于NH₃选择性催化还原NO。活性测试表明,在两种活性层的共同作用下,复合催化剂有很好的低温活性和很宽的活性温度窗口。以氨气为还原剂,NO浓度为1025mg/m³,空速12600h^-1时,在250℃下NO的转化率就可以达到95%;200℃~300℃下,NO的转化率高于80%。对比实验表明,在此条件下复合催化剂的催化效果明显优于Mn-Ce-O/TiO₂/CC和Cu-Ce-O/TiO₂/CC单活性相催化剂。BET、XRD、XPS及TPR测试表明,催化剂的高活性与其较大的比表面积、较高含量的无定形分布活性组分、锐钛矿型TiO₂、丰富的表面裂纹及良好的氧化还原性能有关。     

复合载体TiO2-Al2O3的制备及其对Ni-Mo-S负载型催化剂加氢脱氧性能的影响

采用共沉淀法制备出复合载体TiO₂-Al₂O₃,用N₂-吸附、XRD和吡啶吸附红外光谱等手段进行表征。采用原位硫化法制备Ni-Mo-S/TiO₂-Al₂O₃负载型催化剂,以苯酚为模型化合物研究其加氢脱氧催化性能。主要研究铝源和沉淀剂对TiO₂-Al₂O₃复合载体性能的影响以及其作为载体对Ni-Mo-S/TiO₂-Al₂O₃催化苯酚加氢脱氧反应的影响。结果表明,以氯化铝为铝源制备的复合载体具有较大的孔容和孔径,孔容达1.12cm³/g,孔径达18.0nm;以硫酸铝为铝源和以碳酸氢铵为沉淀剂制备的复合载体具有较大的比表面积,高达295m²/g;氨水沉淀制备的复合载体具有较多的L酸;以硫酸铝为铝源制备的复合载体形成少量的B酸。TiO₂-Al₂O₃作为载体影响Ni-Mo-S/TiO₂-Al₂O₃负载型催化剂加氢脱氧性能的主要因素是载体的酸性和载体的比表面积。在300℃,4.0MPa条件下Ni-Mo-S/TiO₂-Al₂O₃催化苯酚的转化率达81.9%,产物中无氧化合物的总选择性达100%,脱氧率达79.4%。     

掺Fe3+改性A-TiO2的合成及其对曙红的可见光催化降解性能

采用水热法合成了系列含不同掺Fe³⁺量的改性TiO₂粉末（1^x， x=0、 2、 4、 5、 6、 8，掺铁量分别为0、 2 mol%、 4 mol%、 5 mol%、 6 mol%和8 mol%），其结构和形貌经XRD和SEM表征。并研究可见光照下1^x对曙红降解的催化效果，考察了不同因素的影响和光催化剂对曙红的暗吸附性能。结果表明：1^x的晶体为单一锐钛矿型（A-TiO₂），由直径2~3 μm的1^x微米球堆积而成；在15 mg·L^-1曙红溶液（pH=4）中，1⁵投放量为7 g·L^-1，于室温（18 ℃）可见光（功率40 W的白炽灯）照射反应3 h，曙红降解率D最大（63.1%），在该光催化优化条件下进行暗吸附，1.5 h达到吸附平衡，〖STHZ〗1〖STBZ〗5对曙红吸附量为1.01 mg·g-1。     

一步法制备二氧化钛-金复合材料及其光解水制氢性能

以钛粉为还原剂,氯金酸为氧化剂,将二者在180 ℃水热反应釜中发生氧化还原反应,最终生成直径800 nm左右的TiO₂,比表面积为3.5 m²/g左右,其表面均匀担载了直径20 nm左右的金纳米颗粒。 采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)、紫外可见漫反射光谱、光电流密度、光催化制氢性能等测试表征了该复合催化剂的结构及性能。 结果表明,一步法制备的复合催化剂形貌规整,TiO₂为锐钛矿晶型,金纳米颗粒的局域表面等离子体共振(LSPR)作用促进了催化剂对可见光有较强的吸收,催化剂催化产氢性能伴随金含量增大存在先增后减规律,可见光下最大产氢速率为0.1 μmol/(g·h),光催化活性表现稳定。     

TiO2柱层状HTiNbO5的合成及在环己酮肟气相Beckmann重排反应中的催化性能

钛酸异丙酯(TIP)、CH₃COOH和H₂O按体积比1∶16∶40混合后得到Ti(Ⅳ)多聚阳离子柱化液, 与正癸胺插层钛铌酸盐进行交换反应后制得钛(Ⅳ)多聚阳离子插层钛铌酸盐, 其层间距为1.70 nm. 在空气气氛中于623 K焙烧处理后, 所得产品能保持良好的层柱结构. 在空气气氛中于723 K焙烧后所得的TiO₂柱层状钛铌酸(TiO₂-HTiNbO₅), 其层间距为0.97 nm, 比表面积为89 m²/g. 以TiO₂-HTiNbO₅为载体, 用浸渍法制备了一系列B₂O₃负载量不同的负载型样品B₂O₃/TiO₂-HTiNbO₅, 考察了它们在环己酮肟气相Beckmann重排反应中的催化性能并测试了它们的红外光谱. B₂O₃/TiO₂-HTiNbO₅的催化性能优于TiO₂-HTiNbO₅. 在B₂O₃负载质量分数为7.31%的催化剂上, 环己酮肟转化率接近100%且在4.5 h内无明显改变, 己内酰胺选择性接近90%. 红外光谱分析结果表明, 当B₂O₃负载量很低时, 硼组分高度分散于载体TiO₂-HTiNbO₅表面, 并主要以BO₄结构形式存在; 当B₂O₃负载质量分数高于7.31%时, BO₃结构形式在数量上占优势. 将催化性能与红外光谱结果关联后可知, 对于负载型样品B₂O₃/TiO₂-HTiNbO₅, 表面的BO₃和BO₄两种结构形式在环己酮肟气相Beckmann重排反应中具有协同促进作用.     

Co-Ce共掺杂对TiO_2催化剂室温可见光催化脱硝性能的影响

将钛酸丁酯作为Ti源,硝酸铈作为Ce源,硝酸钴作为Co源,采用溶胶-凝胶水热法制备出Ce-TiO_2和Ce-Co-TiO_2催化剂。对所制备的改性TiO_2催化剂进行BET、XRD、SEM、UV-vis、XPS、NH_3-TPD等表征分析测试,并以NO为研究对象对不同改性TiO_2催化剂进行了可见光催化实验,探究改性TiO_2催化剂脱除NO的效率。结果表明,以硝酸铈为Ce源(掺杂物质的量比1%),硝酸钴为Co源(掺杂物质的量比5%),在水热反应温度为160℃的条件下反应24 h后在200℃下煅烧得到的Ce(1%)-Co(5%)-TiO_2催化剂性能最好。其对浓度为762μg/m~3的NO可见光催化效率高达92.69%,在浓度提高至1148μg/m~3时在室温下的可见光催化效率仍可达85.94%,与纯TiO_2相比效率提高了近50%。而且Ce (1%)-Co (5%)-TiO_2催化剂的抗硫性能与连续使用次数都比商用催化剂(掺杂有V_2O_5的商用TiO_2)好。     

负载CuO的Ti~(3+)/TiO_2催化剂制备及其光催化甲苯降解性能

通过在锐钛矿TiO_2载体表面上负载Cu-BTC(BTC,1,3,5-苯甲酸)前驱体,还原处理制备光催化剂CuO-Ti~(3+)/TiO_2(Cu-TiMB),对其在可见光条件下气相甲苯净化催化性能进行了研究。结果表明,该改良方法制备的CuO-Ti~(3+)/TiO_2(CuTiM B)催化剂的活性是浸渍法所得催化剂CuO-TiO_2(Cu-TiD)的2.68倍。CuO-Ti~(3+)/TiO_2(Cu-TiMB)具有更大的比表面积(147 m2/g)和较小的颗粒粒径(0.45μm),呈现多孔状,CuO的分散度较高;催化剂表面Ti~(3+)提供了大量的氧缺位,在400-800 nm波段的光响应能力显著增强。CuO-Ti~(3+)/TiO_2(Cu-TiMB)催化剂中Cu~(2+)、Cu~+与Ti~(3+)形成的异质结构进一步增多了氧缺位数量,延缓e--h+的复合时间;氧缺陷增强了捕获吸附氧能力,通过金属氧化物价态变化增强化学吸附能力,提高了光催化性能。     

Electrochemical and gas-phase photocatalytic performance of nanostructured TiO2(B) prepared by novel synthetic route

Nanostructured phase pure TiO₂(B) with microfibrous morphology was synthesized by newly developed protocol employing amorphous TiO₂ as a precursor. Compared to traditional syntheses from K₂Ti₄O₉, the new product exhibited better electrochemical performance and stability. Cyclic voltammetry of Li-insertion into the TiO₂(B) evidences a pseudocapacitive faradaic process of Li accommodation which is basically different from the diffusion-controlled lithium storage in anatase or rutile. The presence of two pairs of peaks in cyclic voltammogram with formal potentials of ca. 1.5 and 1.6 V is specific for TiO₂(B). This enables to use cyclic voltammetry for identification of this phase in a broad palette of TiO₂ materials of various origin.

The photocatalytic activity of TiO₂(B) in a gas phase was evaluated using the total oxidation of propane with oxygen and the photocatalytic reduction of NO to N₂ in an oxygen rich gas mixture. For the total oxidation of propane in the gas mixture containing 300 ppm propane and 20% oxygen, the reaction rates per 1 m²/g of the BET surface area of the catalyst for TiO₂(B) prepared by our protocol and Hombifine N (anatase, S_BET = 300 m²/g) are comparable. For the photocatalytic NO reduction to N₂ in an atmosphere containing 20% oxygen the ratio of quantum yields for TiO₂(B) and Hombifine N was found to be 0.08, which is roughly equivalent to the ratio of their BET surface areas (0.09), despite different phase composition of both materials. In comparison with the standard catalyst our material exhibited higher selectivity in the reduction of NO to N₂.     

共沉淀法制备Ag/AgCl-TiO2空心复合纳米微球及其光催化性能

通过甲基丙烯酸与苯乙烯聚合制备了表面负电性的聚苯乙烯(PSt)纳米乳胶粒. 在乙醇与水的混合溶剂中, 用硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷对其进行表面改性后加入钛酸四丁酯、 氯化钠和硝酸银, 以PSt乳胶粒为模板采用共沉淀法制备了PSt-AgCl-TiO₂复合微球. 在180 ℃对其进行液相预处理及煅烧去除PSt模板后制备了Ag/AgCl-TiO₂空心复合粒子. 对各阶段产物的形貌、 晶体结构和比表面积等进行了表征. 结果表明, 所得产物为Ag/AgCl与锐钛矿型TiO₂复合的空心粒子, 其比表面远大于商品TiO₂(P25). 考察了Ag/AgCl-TiO₂复合粒子在紫外光与可见光下对罗丹明B(RhB)降解的催化活性. 结果表明, 在紫外光下n(Ag)/n(Ti)=0.1%的Ag/AgCl-TiO₂复合粒子活性最高, 30 min时对RhB的降解率比不含Ag/AgCl的TiO₂空心微球提高了13%; 虽然Ag/AgCl-TiO₂在可见光下的催化活性远比紫外光下低, 但与纯TiO₂空心纳米微球相比其催化活性仍明显增强. n(Ag)/n(Ti)=2.0%的Ag/AgCl-TiO₂复合粒子催化活性最高, 120 min时对RhB的降解率比不含Ag/AgCl的TiO₂空心微球提高了38%.     

氮铋共掺杂TiO2的合成及其可见光催化性能研究

以纳米管钛酸为钛的前驱体,Bi(NO₃)₃·5H₂O为N源和Bi源,采用水热法制备了N、Bi共掺杂的TiO₂;并以甲基橙为目标降解物考察了所制备样品的可见光催化性能(λ≥420 nm).利用XRD、XPS、UV-Vis DRS、TEM等技术对不同条件下制备的产物进行了表征.结果表明,所得样品主要为锐钛矿型,粒径20 nm左右,掺杂的Bi主要以Bi₂O₃和BiONO₃两种形式存在.N元素除了以NO₃^-的形式存在于BiONO₃中,还有少量N以间隙氮掺杂于TiO₂中形成Ti-O-N键.N、Bi共掺杂的TiO₂在可见光下表现出了优越的光催化性能,其中水热温度为130 ℃,Bi/Ti摩尔比为1%时,催化活性最高.催化活性的提高源于N和Bi的掺杂增加了样品对可见光的利用效率,降低了光生电子空穴的复合速率.     

Enhanced Visible-light Photocatalytic Activity of g-C3N4/Nitrogen-doped Graphene Quantum Dots/TiO2 Ternary Heterojunctions for Ciprofloxacin Degradation with Narrow Band Gap and High Charge Carrier Mobility

Limited visible-light absorption and high recombination rate of photogenerated charges are two main drawbacks in g-C₃N₄-based photocatalysts. To solve these problems, g-C₃N₄/nitrogen-doped graphene quantum dots (NGQDs)/TiO₂ ternary heterojunctions were facilely prepared via a one-step calcining method. The morphology, structure, optical and electrochemical properties of g-C₃N₄/NGQDs/TiO₂ were characterized and explored. The optimal g-C₃N₄/NGQDs/TiO₂ composite exhibits enhanced photocatalytic degradation performance of ciprofloxacin (CIP) compared with the as-prepared g-C₃N₄, TiO₂(P25) and g-C₃N₄/TiO₂ heterojunction under visible light irradiation. The apparent rate constant of the composite is around 6.43, 4.03 and 2.30 times higher than those of g-C₃N₄, TiO₂ and g-C₃N₄/TiO₂, respectively. The enhanced photocatalytic efficiency should be mainly attributed to the improvement of light absorption and charge separation and transfer efficiency, originating from the narrow band gap and high charge carrier mobility. The active species trapping experiments results showed that the h⁺ and ^·O₂^- were the main active species in the degradation process. A possible photocatalytic reaction mechanism of the g-C₃N₄/NGQDs/TiO₂ composite for the enhanced degradation of CIP under visible light irradiation was also proposed.     

Synthesis of Gd-N Codoped Porous TiO2 Photocatalyst and Its Enhanced Photocatalytic Activities

Visible-light-active Gd-N codoped porous TiO₂(Gd-N-TiO₂) photocatalyst was fabricated by an evapora-tion-induced self-assembly route using surfactants as structure-directed agents. As-prepared samples were characterized by X-ray diffraction, field-emission scanning electron microscopy, transmission electron microscopy(TEM), X-ray photoelectron spectroscopy, Brunauer-Emmett-Teller(BET) method, and ultraviolet-visible absorption spectroscopy. The results indicated that synergistic reaction occurred when codoping with Gd³⁺ and N, which enhanced the light absorption properties of TiO₂. Irregular worm-like particles with wide interparticle spaces were clearly observed by TEM. The average particle size of Gd-N-TiO₂ decreased to ca. 8 nm because co-doping inhibited the particles growth significantly. Thus, the specific surface area of Gd-N-TiO₂(198.7 m²/g) was higher than that of Degussa P25 TiO₂(50 m²/g). Gd-N-TiO₂ exhibited a high photocatalytic activity toward methyl orange degradation under UV-Vis or visible-light irradiation. The Gd-N-TiO₂ catalyst also presented a stable performance without losing activity after four successive photocatalytic experiments. The facile synthesis and excellent activity of Gd-N-TiO₂ indicated its great potential as industrial catalysts for wastewater treatment.     

耐高温核/壳结构TiO2/SiO2复合气凝胶的制备及其光催化性能

以钛酸四丁酯为源, 采用苯胺-丙酮原位生成水溶胶-凝胶法, 在乙醇超临界干燥过程中用部分水解的钛醇盐和硅醇盐对TiO₂凝胶进行超临界修饰制备了具有核/壳纳米结构的块体TiO₂/SiO₂复合气凝胶. 制备的复合气凝胶具有优异的机械性能, 其杨氏模量可达4.5 MPa. 复合气凝胶同时具有极好的高温热稳定性. 经过1000 ℃热处理后, 线性收缩由纯TiO₂气凝胶的31%降至复合气凝胶的10%, 且比表面积由纯TiO₂气凝胶的31 m²·g^-1提升至复合气凝胶的143 m²·g^-1. 此外, 该复合气凝胶经1000 ℃热处理后具有优异的光催化降解亚甲基蓝的性能. 其优异的光催化性能得益于TiO₂/SiO₂复合气凝胶1000 ℃处理后高的比表面积和小的颗粒尺寸. 优良的耐热性能、力学性能和光催化性能使获得的具有核/壳纳米结构的TiO₂/SiO₂复合气凝胶在光催化领域具有良好的应用前景.