松针活性炭对酸性品红的吸附研究

以松树落叶在400℃煅烧30min后的松针活性炭作吸附剂,通过单因素实验考察了初始浓度、吸附剂用量、粒径、吸附时间、p H值等条件下,吸附剂对酸性品红模拟废水的吸附脱色效果;在此基础上的四因素三水平正交试验结果表明,当p H=6、转速为200r/min、吸附时间为35min时,0.3g吸附剂颗粒过90mesh筛的松针活性炭对100m L初始浓度为45mg/L的酸性品红溶液的脱色率达92.1%,稀释倍数为13倍,其水质色度指标达到国家《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB 4287-2012)排放标准;等温吸附实验结果表明,松针活性炭吸附剂对酸性品红的吸附能较好地符合Freundlich吸附等温式方程,说明该吸附主要为多层吸附过程。     

铁、氮共掺杂二氧化钛薄膜的亲水性能

采用溶胶-凝胶法制备了铁掺杂TiO2(Fe-TiO2)薄膜, 将Fe-TiO2薄膜放置氨气气氛中高温处理, 形成铁、氮共掺杂TiO2(Fe/N-TiO2)薄膜. 通过XRD、XPS、SEM、UV-Vis法进行吸收光谱分析及薄膜表面亲水接触角分析, 研究了铁、氮掺杂浓度, 热处理温度, 膜厚等因素对薄膜亲水性能的影响. 结果表明, Fe/N-TiO2(0.5%Fe, 摩尔百分数)显示出更佳的亲水性能, 在可见光下优势尤为明显. 铁掺杂主要作用是降低电子和空穴的复合几率, 氮掺杂可以增强TiO2薄膜在可见光区的吸收, 两种效应相互结合, 共同提高了薄膜在可见光下的亲水性能.     

铁、氦共掺杂二氧化钛薄膜的亲水性能

采用溶胶-凝胶法制备了铁掺杂TiO2(Fe-TiO2)薄膜,将Fe-TiO2薄膜放置氨气气氛中高温处理,形成铁、氮共掺杂TiO2(Fe/N-TiO2)薄膜.通过XRD、XPS、SEM、UV-Vis法进行吸收光谱分析及薄膜表面亲水接触角分析,研究了铁、氮掺杂浓度,热处理温度,膜厚等因素对薄膜亲水性能的影响.结果表明,Fe/N-TiO2(0.5%Fe,摩尔百分数)显示出更佳的亲水性能,在可见光下优势尤为明显.铁掺杂主要作用是降低电子和空穴的复合几率,氮掺杂可以增强TiO2薄膜在可见光区的吸收,两种效应相互结合,共同提高了薄膜在可见光下的亲水性能.     

氢氧化镁改性活性炭对酸性品红的吸附

为提高活性炭(GAC)的吸附性能,采用氢氧化镁对活性炭进行改性,制得经济高效的改性活性炭材料。利用扫描电镜、XRD对改性活性炭进行表征;通过实验确定改性活性炭的最佳制备条件:氯化镁浓度为1.0 mol·L~(-1),氢氧化钠浓度为0.5 mol·L~(-1),氢氧化钠浸泡活性炭的温度20℃;吸附酸性品红吸附时间为150 min时,改性活性炭对酸性品红的吸附量为6.16 mg·g~(-1),而原活性炭吸附量为4.12 mg·g~(-1);热力学吉布斯自由能ΔH~00和焓变ΔH~00,说明该吸附过程是吸热和自发进行的,同时考察了吸附时间、溶液pH值、吸附剂投加量和温度等因素对吸附效果的影响。     

氢氧化镁改性活性炭对酸性品红的吸附

为提高活性炭(GAC)的吸附性能,采用氢氧化镁对活性炭进行改性,制得经济高效的改性活性炭材料。利用扫描电镜、XRD对改性活性炭进行表征;通过实验确定改性活性炭的最佳制备条件:氯化镁浓度为1.0mol·L~(-1),氢氧化钠浓度为0.5 mol·L~(-1),氢氧化钠浸泡活性炭的温度20℃;吸附酸性品红吸附时间为150min时,改性活性炭对酸性品红的吸附量为6.16 mg·g~(-1),而原活性炭吸附量为4.12 mg·g~(-1);热力学吉布斯自由能ΔH~00和焓变ΔH~00,说明该吸附过程是吸热和自发进行的。同时考察了吸附时间、溶液pH值、吸附剂投加量和温度等因素对吸附效果的影响。     

品红褪色机理的实验探究

中学阶段常用于检验二氧化硫气体的品红溶液分为酸性品红和碱性品红2种。通过设计集演示、对比于一体的绿色环保二氧化硫性质实验装置,优化实验条件,探讨了酸性品红和碱性品红与SO2、酸碱反应的性质差异及褪色机理,并提出鉴别酸性品红和碱性品红的简便办法。     

pH对接枝磺化碱木质素聚合物吸附特征的影响

采用动态光散射技术、透射电镜等表征了接枝磺化碱木质素聚合物(SBAL)在不同pH条件下的溶液行为,结果表明随着pH的增加,SBAL分子中的亲水官能团磺酸基、羧基和酚羟基逐步解离,分子链由卷曲变得伸展.利用频率-耗散联用型石英晶体微天平和静电逐层自组装技术,借助紫外光谱、原子力显微镜等表征了不同pH条件下SBAL在固/液界面上的吸附特征,结果发现随着pH由3增加到12,SBAL在金片和石英玻片上的吸附量先减小后增大,pH=9时吸附量最小.随着pH的增加,SBAL的吸附特征由刚性变得柔软,吸附构型呈现由致密到松散再到致密的变化趋势,吸附构象在酸性、中性和碱性条件下依次为mushroom结构、pancake结构和高分子刷,在中性和酸性条件下SBAL与聚二烯丙基二甲基氯化铵之间的作用力以阳离子-π相互作用为主,吸附强度较弱,而在强碱条件下以静电作用为主,吸附强度较大.     

三氯乙烯预处理的TiO2薄膜上挥发性有机物的光催化反应

 制备了TiO2薄膜催化剂,并用三氯乙烯对其进行了预处理; 采用FT-IR,GC/MS及XPS等技术研究了三氯乙烯预处理的TiO2薄膜上挥发性有机物的光催化反应. 结果表明,三氯乙烯预处理能加快某些挥发性有机物的光催化反应. 这是由于氯作为三氯乙烯气相光催化分解反应的中间产物吸附在催化剂表面,成为反应的活性物种引发挥发性有机物发生游离基反应,从而提高其气相光催化反应速率.     

氮掺杂二氧化钛薄膜的光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂Ti O2薄膜;利用X射线光电子能谱仪、紫外-可见光谱仪表征了所制备的薄膜的化学状态和光吸收性能;并考察了可见光照射下薄膜的亲水性能和光催化性能.结果表明:N通过取代部分O的方式进入到Ti O2薄膜中,且掺杂后在可见光区的光吸收增强;最优条件下,Ti O2-xNx薄膜的接触角由31°降到12°,亲水化速度常数为0.018,可见光照射3 h,亚甲基蓝的降解率达到45%.     

偶氮染料吸附和光催化氧化动力学

以甲基橙和酸性大红两种偶氮染料为模拟污染有机物,对它们的暗吸附和光催化氧化行为进行研究.实验结果表明,两种偶氮染料的吸附受溶液酸碱度影响很大,酸性（pH=3）条件下,两种染料吸附量都很大,酸性大红吸附量更大；近中性（pH≈6）时两种染料的吸附显著减少；碱性（pH=9）条件下两种染料不发生吸附.光催化反应结果显示,碱性条件或酸性条件下两种染料降解速度都很快.说明在不同酸碱度条件下,光催化反应按不同机理进行.酸性条件下,反应在催化剂表面进行,在碱性介质中,光催化氧化在溶液中进行.提出了一个碱性条件下的动力学方程,经过进一步简化,可以得到表观一级方程,形式上和准一级L-H方程十分相似,但其含义不同.     

卤素离子对TiO2薄膜光致亲水性的影响

将卤化钾盐KX(X＝I、Br、Cl、F)分别引入至TiO₂溶胶中, 利用提拉法在载玻片上制得含有卤素离子的TiO₂-X薄膜样片, 通过测试样片紫外光照下水滴接触角的变化, 考察了不同浓度的KI以及不同卤素离子对TiO₂薄膜光致亲水性能的影响, 并通过测试光照后的亲水薄膜样片暗处放置不同时间后接触角的变化, 比较了含TiO₂-I和TiO₂-F薄膜样片亲水性能的持久性. 结果表明, 适量的KI有助于提高TiO2薄膜的光致亲水性, 当TiO₂溶胶中KI浓度为1.0×10^-5 mol•L^-1时, 其所制得TiO₂薄膜的光致亲水性最好, 继续增大KI浓度时, 薄膜的光致亲水性逐步下降, 当KI浓度达1.0×10^-2 mol•L^-1时, 其光致亲水性较纯TiO₂薄膜差；同时, 适量的KBr、KCl加入也有助于提高TiO₂薄膜的光致亲水性, 且随KI＞KBr＞KCl的顺序逐渐减弱, 但KF的加入降低了薄膜的光致亲水性；另外, 卤素离子的加入还有助于提高TiO₂薄膜亲水性能的持久性, 且KF＞KI. 分析认为, 卤素离子对TiO₂薄膜光致亲水性的影响与其给电子或捕获光致电子作用有关, 并提出了其作用模型, 而卤素离子与亲水基团(羟基)的氢键作用是使KX-TiO₂薄膜能够延长亲水性时间的原因.     

异质结型光催化膜的活性及其机理研究

采用浸渍提拉法制得TiO₂,ZnO,Fe₂O₃,ZnO/TiO₂,TiO₂/ZnO,Fe₂O₃/TiO₂和TiO₂/Fe₂O₃石英玻璃基底负载膜.光催化降解亚甲基蓝实验表明,TiO₂和ZnO具有良好的光催化活性,Fe₂O₃活性较差.但形成异质结后,TiO₂和Fe₂O₃的光催化降解能力发生明显的变化.用254nm紫外光光照后,TiO₂,ZnO和Fe₂O₃等3种氧化物膜与水的接触角均有不同程度的降低,TiO₂表现出超亲水性,ZnO/TiO₂和Fe₂O₃/TiO₂膜与水的接触角小于对应的单纯ZnO和Fe₂O₃膜与水的接触角,其中Fe₂O₃/TiO₂表面出现超亲水性.瞬态光电导谱的少数载流子寿命的测定表明,异质结势垒电场能有效地增强光生电子-空穴对的分离效率.根据能带理论建立的两组异质结能带模型可合理地解释实验结果.     

过渡金属离子的掺杂对TiO2光催化活性的影响

考察了过渡金属离子对TiO₂ 光催化性能的影响,结果发现:第二过渡系列金属离子对TiO₂ 膜的修饰作用比第一过渡系列金属离子的修饰作用更加明显;第二、六副族的金属离子对TiO₂ 膜的修饰效果较好.通过X射线衍射(XRD)、电镜分析 (SEM)、光电能谱分析 (XPS)及差热分析 (DTA)对催化剂表面进行了表征,结果表明:TiO₂ 的晶型为锐钛矿型,粒子半径为 32.58nm.     

制备二氧化钛分枝纳米棒阵列结构以提高聚合物杂化太阳电池的性能

分别采用一步水热法和两步水热法在导电玻璃(FTO)上制备了二氧化钛(TiO₂)纳米棒(NR)阵列和TiO₂分枝纳米棒(B-NR)阵列。 利用低温化学浴沉积法(CBD)在TiO₂纳米棒阵列(NRA)和TiO₂分枝纳米棒阵列(B-NRA)基底上沉积Sb₂S₃纳米粒子(NPs)。 接着分别旋涂聚-3已基噻吩(P3HT)和2,2'7,7'-四-(二甲氧基二苯胺)螺芴(Spiro-OMeTAD)组装成TiO₂(NRA)/Sb₂S₃/P3HT/Spiro-OMeTAD和TiO₂(B-NRA)/Sb₂S₃/P3HT/ Spiro-OMeTAD为光活性层的杂化太阳电池。 结果表明,由TiO₂(NRA)/Sb₂S₃/P3HT/Spiro-OMeTAD复合膜结构组装的杂化太阳电池的光电转换效率(PCE)是2.92%,而由TiO₂(B-NRA)/Sb₂S₃/P3HT/Spiro-OMeTAD复合膜结构组装的杂化太阳电池的PCE提高到了4.67%。     

The role of n–p junction electrodes in minimizing the charge recombination and enhancement of photocurrent and photovoltage in dye sensitized solar cells

The composite electrode comprising n-type TiO₂ and p-type NiO oxides when sensitized with Ru-dye showed short-circuit photocurrent (I_sc) of 17 mA/cm² and open-circuit photovoltage (V_oc) of 730 mV compared to I_sc of 12 mA/cm² and 700 mV for TiO₂ electrodes. Formation of a n–p junction between TiO₂ and NiO oxide layers contributes to the enhanced photocurrent, photovoltage, fill factor and efficiency. In addition to the junction effect, NiO acts as a barrier for charge recombination leading to higher cell performance. The efficiency of the NiO coated TiO₂ solar cell is 30% more than that of bare TiO₂. The negative shift of the flat-band potential of the NiO coated TiO₂ electrode compared to TiO₂ also could be one of the reasons for higher photovoltage observed for TiO₂/NiO electrode. The highest cell efficiencies were obtained immersing TiO₂ thin films in Ni²⁺ solution and converting them to NiO by firing and the optimum NiO coating thickness was found to be only a few angstroms. The energy levels of the excited dye and the band positions of TiO₂ and NiO suggest that the electron transfer from the excited dye to the underlying n-type oxide layer occurs by tunneling through the p-type NiO layer.     

用MO-CVD技术制备金属氧化物薄膜及其光电化学行为

有机金属化学汽相沉积(MO-CVD)技术是一种新型薄膜材料制备技术,它优于目前通常采用的一般CVD和物理方法^[1]。主要优点:采用金属有机化合物为物质源,选择的范围比较大,其中含有易断裂的M-C键,易发生气相热分解氧化反应,成膜温度比较低,反应副产物仅有易挥发的碳氢化合物,使成膜环境无污染,易获得优质膜。因该技术是化学成膜,排除了物理方法中固有的不易控制化学计量的问题,易获得优质膜层。     

薄膜CdSe及CdSexTe1-x电极的光电子能谱研究

用X射线光电子能谱(XPS)研究了不同含氧气氛中烧结的薄膜CdSe及Cdse_xTe_1-x电极表面,以及薄膜与Ti底基之间的界面。研究中发现,二种薄膜电极的表面形成了CdO,SeO₂及TeO₂氧化物,与薄膜接触的Ti底基表面上形成了TiO₂。用俄歇电子能谱(AES)对在电极表面及Ti表面所生成的氧化层分别进行了深度分析。结果表明,各种氧化物形成的程度有很大的不同,氧化层厚度也存在差异。对影响薄膜电极的光电性能的因素进行了讨论。     

Dye-sensitized solar cells made from BaTiO3-coated TiO2 nanoporous electrodes

We reported on the preparation of a thin BaTiO₃-coated layer (2.27 nm) on the surface of TiO₂ and its further application in the dye-sensitized solar cells (DSCs). The as-prepared BaTiO₃–TiO₂ films were characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscope (TEM). The performances of the DSCs with and without BaTiO₃ coating were analyzed by cyclic voltammograms (CVs), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and current–voltage measurements. It was found that the BaTiO₃–TiO₂ films with about 12 μm thickness increased the dye adsorption, resulting in increased J_sc. In the meantime, the BaTiO₃ modification on the TiO₂ surface is beneficial to the formation of an energy barrier against the electron transfer from TiO₂ to I₃⁻, providing the increase of V_oc due to the increased electron density in the TiO₂ that is caused by the increased electron lifetime.     

NiO/TiO2异质结构纳米管阵列膜对不锈钢的光生阴极保护及其储能性能

本工作通过修饰TiO₂制备半导体复合膜,提高其光吸收和光电化学性能,以期应用于光生阴极保护。先采用阳极氧化法在Ti表面制备TiO₂纳米管阵列膜,再应用水热处理法在膜表面沉积NiO纳米颗粒,形成具有异质结构纳米管复合膜。利用扫描电子显微镜、X-射线衍射、X-射线光电子能谱、紫外-可见吸收光谱、光致发光谱和光电化学技术对制备的纳米膜进行表征。结果表明,与纯TiO₂纳米管膜比较,NiO/TiO₂纳米管复合膜的光吸收扩展到可见光区。白光照射下,其在0.5 mol·L^?1 KOH和1 mol·L^?1 CH3OH混合液中的光电流密度达到176μA·cm^?2,是纯TiO₂纳米管膜的2倍。复合膜具有良好的光生阴极保护作用,与0.5 mol·L^?1 NaCl溶液中的403不锈钢耦连后,可使其电极电位下降440 mV,在光照2.5 h再转为暗态后,因具有电荷储存能力还可继续提供约15.5 h的阴极保护效应。     

TiO2-V2O5纳米复合膜的制备及防腐蚀性能

采用溶胶-凝胶法和浸渍提拉技术在316L不锈钢表面构筑纳米TiO₂薄膜和“夹心”式TiO₂-V₂O₅复合薄膜（TiO₂/TiO₂-V₂O₅/TiO₂）, 应用AFM和XRD表征膜的形貌及纳米颗粒的晶型. 结合光、电化学方法测试了复合膜在0.5 mol•L^-1 NaCl溶液(pH=4.6)中暗态或紫外照射条件下的防腐蚀性能. 结果表明, TiO₂/TiO₂-V₂O₅/TiO₂复合膜具有双重保护功能, 即在紫外光照下可以起到光生阴极保护的作用, 特别是当停止光照后, 光生电位仍可维持在较低的电位长达6 h以上. 同时作为表面阻挡层, 可显著提高金属的耐腐蚀性.