流动态甲醇气相光催化降解的机制研究

在253.7 nm紫外光作用下, 研究纳米TiO₂光催化氧化流动态甲醇的机制, 结果表明, 甲醇的光催化降解不受水汽的影响, 只受氧气含量的影响. 在不含氧气的情况下, 即使有足量的水汽, 甲醇都不会有明显的降解. TiO₂受光诱导生成空穴-电子对后, 空穴直接氧化甲醇, 生成的甲醇正离子在氧气作用下进一步被氧化, 形成各种氧化产物. 甲醇氧化过程是多通道反应, 宏观表现为准一级反应. 空气和氧气条件下甲醇的总降解速率常数分别为9.78×10^－3和1.79×10^－2 s^－1.     

Li+掺杂纳米TiO2的制备及其光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法和浸渍法制备了Li⁺掺杂纳米TiO₂光催化剂,并用XRD和TEM等技术进行了表征;用pH值漂移法测量了催化剂的零电位pH值(pHpzc).结果表明,500℃煅烧制得的催化剂均为锐钛矿相;Li⁺的掺杂抑制了TiO₂粒子的生长,提高了催化剂的分散性;催化剂的零电位pH值为6.6—8.1,其值取决于Li⁺的浓度和掺杂方式.分别以紫外光和太阳光为光源,孔雀石绿和甲基橙为降解物评价了催化剂的光催化活性;并用气相色谱测试了污染物降解产生的CO₂的含量.结果显示,对孔雀石绿的降解,浸渍法和溶胶-凝胶法掺Li⁺都能有效提高TiO₂的光催化活性,但浸渍法比溶胶-凝胶法效果更好,催化活性最高的为浸渍法制备的5%(摩尔分数)Li⁺掺杂TiO₂,其在紫外光和太阳光下的光催化活性分别比纯TiO₂提高了6—8倍和9—10倍;对甲基橙的降解,除溶胶-凝胶法制备的3%(摩尔分数)Li⁺掺杂TiO₂能稍提高光催化活性外,其它Li⁺的掺杂都不同程度降低了TiO₂的光催化活性;随污染物降解率的增加,最终降解产物CO₂的含量增加.实验结果表明,Li⁺掺杂改变了催化剂表面的电荷状态从而改变了催化剂的零电位pH值是造成催化剂降解不同污染物具有不同催化活性的主要原因.     

基于MoS2/氮掺杂石墨烯纳米复合材料灵敏电化学传感器检测镉(II)

基于S-Cd和N-Cd的亲和作用,利用一锅法制备了MoS2-掺氮石墨烯(NG)新型纳米复合材料。采用方波溶出伏安法实现了Cd²⁺的灵敏测定。在最优实验条件下,Cd²⁺的溶出峰电流与Cd²⁺的浓度在0.01~20μmol/L范围内呈线性关系(R²=0.996),检出限为2.50 nmol/L。该传感器可用于监测实际样品中Cd²⁺。     

磁性碳纳米管表面新型镉离子印迹聚合物制备及其对大米中的镉离子富集

以苯胺修饰的磁性碳纳米管为基质,Cd²⁺为模板,甲基丙烯酸为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,在碳纳米管表面制备出一种新型磁性Cd²⁺印迹聚合物(MWNTs/MIIPs)。 采用扫描电子显微镜和红外光谱等技术手段对其形态和化学结构等进行详细表征。 吸附试验结果表明,该磁性印迹材料对Cd²⁺离子具有良好的吸附能力,最大吸附量为16.96 mg/g;选择吸附试验结果表明,该磁性印迹材料对Cd²⁺/Cu²⁺、Cd²⁺/Ni²⁺、Cd²⁺/Pb²⁺和Cd²⁺/Cr³⁺的相对选择因子分别是2.03、2.35、2.16和2.13。 结合原子吸收光谱分析技术,该材料MWNTs/MIIPs可用于大米中的Cd²⁺快速分离富集检测。     

金属离子掺杂二氧化钛及水体光催化脱氮研究

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂Ce³⁺、La³⁺、Ag⁺、Fe³⁺的TiO₂光催化剂,以考察其薄膜和粉体形式对水中无机氮的光催化去除效果和活性.用所制备的催化剂对含氨氮-亚硝酸氮的混合液进行了光催化脱氮研究.本文利用UV-Vis吸收光谱、XRD和TEM对催化剂进行了表征.同时,对影响TiO₂光催化效率的因素:如掺杂金属离子的种类、浓度、涂膜层数、反应液中有无Fe²⁺、不锈钢和玻璃载体、反应器的构型等进行了探讨,并对今后的研究进行展望.经过2 h紫外光照射反应,实验最佳脱氮效果:金属离子掺杂TiO₂薄膜型催化剂总氮去除率在30%左右,金属离子掺杂粉末型催化剂光催化最高总氮去除率可达41.7%.     

微反应器中二氧化钛/过氧化氢协同光催化降解及其应用

在微流控芯片中利用二氧化钛/过氧化氢(TiO2/H2O2)催化体系进行有机物的光催化降解及环境水样重金属分析.通过在微流控芯片中涂覆多孔纳米TiO2涂层,并以UV-LED为光源,制备光催化微反应器.以H2O2为光催化氧化剂,在光强为80 mW/cm2,流速为1000 μL/h,H2O2浓度为8%时,光反应时间为19 s的条件下,0.2 mmol/L 亚甲基兰降解率可达99.6%.将此方法应用于含富里酸水样中Cd2+和Zn2+含量的测定,水样中2.5 g/L富里酸可在96 s内基本降解完全,释放出被吸附的Cd2+和Zn2+,实现准确测定.本方法具有降解效率高, 二次污染少, 分析速度快等优点,在环境水样分析中有较好的应用前景.     

可见光/Fenton光催化降解有机染料

采用Fenton试剂(Fe³⁺/H₂O₂)在可见光条件下(λ＞450nm)光催化降解目标染料化合物罗丹明B(RhodamineB,RhB).在pH＜3.0体系中用可见光照射,能使RhB染料在光敏化作用下有效降解,反应160min后矿化率达到71.8%.采用ESR和溴甲酚绿(Bromocresolgreen,BCG)法跟踪测定活性氧化物种,通过对RhB降解过程的紫外-可见光谱、红外光谱分析及总有机碳量(TOC)跟踪测定,结果表明,Fe³⁺/H₂O₂/RhB体系在可见光照射下主要的活性氧化物种为羟基自由基,能有效地降解RhB.     

油页岩飞灰对重金属离子的吸附动力学及热力学

采用批式振荡吸附法研究了燃油页岩电厂循环流化床锅炉飞灰对重金属离子Pb²+、Cu²+、Zn²+、Cd²+的吸附动力学及吸附热力学特性,并提出了吸附机理。结果表明,油页岩飞灰对Pb²+、Cu²+、Zn²+、Cd²+的吸附平衡数据符合Langmuir和Freundlich吸附等温方程,但Freundlich方程能够更好地描述吸附等温线。在油页岩飞灰对重金属离子吸附的初始阶段,拉格朗日准一级动力学方程、准二级动力学方程、Elovich方程、粒子内扩散模型均能很好地反映吸附模式,而整个吸附过程则遵循二级反应动力学方程,其吸附过程是液膜扩散和粒子内扩散共同作用的结果。油页岩飞灰对Pb²+、Cu²+、Zn²+、Cd²+的吸附是吸热反应。     

Ag和Pd及其离子对TiO2光催化分解CH3CHO的影响

当用能量大于其禁带宽度的光照射通有氧气的TiO₂悬浮液时,在TiO₂微粒表面会产生反应活性很高的空穴和O₂^-、H₂O₂等多种活性氧.在上一篇文章中^[1]我们已报道了在通氧气和紫外光照的条件下,向TiO₂悬浮液中加入少量Ag⁺或Pd²⁺,将会大幅度提高体系中H₂O₂的生成量.另外,蔡汝雄等人也曾通过向TiO₂悬浮液中加入SOD的方法来提高其中H₂O₂的生成量^[2],而且证明了H₂O₂生成量的增多有助于杀死子宫癌细胞^[3].另一方面,利用TiO₂光催化来分解处理工业废水中的有机物已多见报道^[4～7].因此,为考察H₂O₂含量的增加是否有助于TiO₂催化分解有机物,我们以CH₃CHO为氧化对象,测定了经Ag和Pd表面修饰以及直接向悬浮体系添加Ag⁺或Pd²⁺离子前后,TiO₂光催化氧化分解CH₃CHO效率的变化,并对氮气和氧气气氛的实验结果进行了测定和比较.     

pH法测定若干金属离子与天门冬酰胺络合反应的热力学参数

本文在不同温度和离子强度为0.1的条件下,以pH电位法分别测定了Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺与天门冬酰胺形成1:2络合物时的平衡常数。在所有测定的温度范围内,吉氏自由能变化的递变顺序为Cu²⁺2+2+2+2+。以温度系数法计算了有关络合反应的焓和墙的变化,并据此对反应的动力问题进行了讨论。     

微流控芯片流动注射气体扩散分离光度测定系统的研究

提出了纳升级进样量的微流控芯片流动注射气体扩散分离光度检测系统. 制作三层结构微流控芯片, 在玻璃片上加工微反应通道, 用聚二甲基硅氧烷[Poly(dimethylsiloxane), PDMS]加工气体渗透膜和具有接收气体微通道的底片, 实现了生成气体的化学反应、气-液分离和检测在同一微芯片上的集成化. 采用缝管阵列纳升流动注射进样系统连续进样, 用吸光度法测定NH+4以验证系统性能. 结果表明， 该系统对NH+4的检出限为140 μmol/L(3σ), 峰高精度为3.7%(n=9). 在进样时间12 s、注入载流48 s和每次进样消耗200 nL试样条件下, 系统分析通量可达60样/h. 若加大样品量到800 nL, 使接收溶液停流1 min, 该系统对NH+4的检出限可达到35 μmol/L(3σ), 但分析通量降低到20样/h.     

微流动注射-等离子体质谱直接测定白酒中铅和镉

研制了多采样体积的微流控芯片, 结合普通的八通阀实现了等离子体质谱(ICP-MS)亚微升级样品的进样. 研究了白酒基体[52%(体积分数)乙醇]引入量对ICP的稳定性和裂解后所产生碳干扰的情况, 考察了进样体积与灵敏度的关系, 并优化了载流流速. 实验结果表明, 当进样量低于0.8 μL时, ICP-MS能长时间正常运行, 未出现积碳现象; 进一步将进样量降到0.3 μL以下, 可消除白酒基体中的碳所引入的质谱干扰. 在此基础上建立了用微流动注射ICP-MS直接测定白酒中Pb和Cd的方法, 每小时可分析45个样品, Pb和Cd的检出限分别为12和42 ng/L. 以水标准溶液直接测定了6个白酒样品中的Cd和Pb含量, 结果与微波消解-常规进样系统ICP-MS的分析结果一致.     

Microfluidic cell with a TiO2-modified gold electrode irradiated by an UV-LED for in situ photocatalytic decomposition of organic matter and its potentiality for voltammetric analysis of metal ions

A novel microreactor for TiO₂-assisted photocatalysis in a microfluidic electrochemical cell was designed and constructed by a technology that can be reproduced in any chemical laboratory. The cell is obtained by a two-step thermal transfer of laser printed masks onto gold CD-Rs, a subtractive one to define the electrodes, and an additive one to define the channels. The TiO₂ nanoparticles are physically embedded in a gold matrix by electrodeposition from a solution of ions of this metal also containing colloidal suspension of anatase. This modification is conducted in the assembled microfluidic cell, with minimum material and time consumption. A 100 mW UV-LED (365 nm) is focused on the modified electrode and irradiation of the sample in the thin layer microreactor is conducted under stopped flow condition. The Cu–EDTA complex served as model system to demonstrate the in situ photocatalytic digestion of organic matter followed by the voltammetric determination of the metal ion in aqueous solution. The voltammetric wave of 1.0 × 10⁻³ mol L⁻¹ Cu(II) in acetate buffer (pH 4.7) at the gold electrode is suppressed by EDTA in the −0.3 to 0.8 vs. Ag/AgCl region. Irradiation of the bare electrode at 365 nm does not recover the wave, while irradiation of the TiO₂-modified gold electrode causes the recovery of the copper wave, proving the photocatalytic destruction of the chelating agent. Diffusion transport to/from the modified electrode rapidly enrolls the whole volume of sample in the thin-layer above the electrode (about 19 nL), so that in less than four minutes the recorded voltammogram become indistinguishable from that of a copper ion solution without EDTA. This novel in situ sample pre-treatment approach is very promising, deserving further research aiming its integration in micro-TAS.     

多功能芯片对合成样本中肝癌细胞HepG2的测试研究

设计并制作了一种集多孔流分离(Multi-orifice flow fractionation,MOFF)技术与磁捕获技术于一体的用于特异性分离和捕获合成样本中肝癌细胞HepG2的多功能微流控细胞芯片.此芯片由玻璃基片和PDMS微通道盖片组成,PDMS盖片上含有3条进样通道、MOFF分离区和六边形腔体的细胞富集检测区.其中,MOFF分离区总长20 mm,由80组长度为0.18 mm、深度为50μm、收缩区域宽度为0.06 mm、扩张区域宽度为0.20 mm的半菱形收缩/扩张重复单元组成,每组收缩/扩张重复单元间的夹角为103.0°.实验以肝癌细胞HepG2-血细胞混悬液为样本;根据磁珠表面修饰c-Met抗体能与肝癌细胞HepG2特异性结合的原理,通过表面羧基化的磁珠、EDC(1 mg/mL)、NHS(1 mg/mL)和c-Met抗体制备了浓度为50μg/mL的免疫磁珠(Anti-MNCs)悬浮液.在样本流速为50μL/min条件下,利用外加磁场实现了血细胞合成样本中微量肝癌细胞HepG2的有效捕获;采用微波加热法以柠檬酸、硫脲为原料制备了用于荧光标记HepG2的碳量子点,在芯片上实现了血液中肝癌细胞HepG2的原位荧光可视化观测.对芯片检测区捕获到的HepG2进行了显微计数分析,对500μL血细胞(107 cell/mL)中含10个HepG2细胞的合成样本,捕获效率达到88.5%±6.7%(n=20).结果表明,所设计的多模式多功能的微流控芯片具有良好的肿瘤细胞分离和检测功能.     

Ti3C2 MXene助催化剂组装的介孔TiO2用以增强光催化甲基橙降解和产氢活性

利用太阳能驱动半导体光催化剂进行光催化降解污染物和产氢被认为是解决环境问题和能源危机最有效的方法之一.在众多的半导体光催化剂中,TiO₂因其优异的化学稳定性、环境友好和成本低等优点,在光催化领域具有不可或缺的作用.介孔TiO₂由于具有独特的介孔结构,更有利于光催化过程中反应物的吸附和传输.然而,单一TiO₂具有较高的光生载流子重组效率和低的光利用率等缺点,导致其光催化活性低.通过负载助催化剂可以增强光吸收、促进光生载流子的分离以及提供更多活性位点,是提高光催化活性的一种有效策略.目前,常用的高效助催化剂主要为贵金属,如Pt,Pd和Au等,但昂贵的价格及稀缺性限制了其在未来的广泛应用.因此,寻找新型的非贵金属助催化剂来提高光催化剂的活性具有重要意义.MXene作为一种新型的二维过渡金属碳化物和/或氮化物,具有丰富的表面亲水性官能团、良好的金属导电性和较高的载流子迁移率等特性,适合用于光催化中作为助催化剂来提高光催化性能.受此启发,本文利用静电自组装策略将介孔TiO₂纳米颗粒均匀地固定在Ti₃C₂MXene助催化剂上,构建了紧密的介孔TiO₂/Ti₃C₂复合材料,并研究其光催化降解甲基橙(MO)和产氢性能.Zeta电位测试结果表明,带有相反表面电荷的介孔TiO₂和Ti₃C₂可以通过静电作用构筑稳定的复合材料.X-射线粉末衍射、拉曼光谱、X-射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜和高分辨透射电子显微镜等表征也进一步表明,成功制备了介孔TiO₂/Ti₃C₂复合材料.XPS也证明在复合材料中光生电子从TiO₂转移到Ti₃C₂助催化剂上,表明两者之间具有强相互作用.BET测试结果表明,相比单一的介孔TiO₂,复合材料具有更大的比表面积和孔体积,可提供更多的活性位点,有利于提高光催化活性.紫外-可见漫反射光谱表明,Ti₃C₂助催化剂的引入提高了材料的光吸收能力.荧光光谱、时间分辨荧光光谱、光电流密度和电化学阻抗等测试结果表明,复合材料具有优异的光生载流子分离和转移能力.在光催化性能测试中,最佳Ti₃C₂含量(3wt%)的介孔TiO₂/Ti₃C₂复合材料在40 min内对MO的光催化降解效率可达99.6%,并利用自由基捕获实验和电子自旋共振表征证实了活性物种·O₂-和·OH在光催化降解过程中起主要作用.此外,该复合材料也表现出了较好的产氢性能(218.85μmolg^-1h^-1),约为单一介孔TiO₂的5.6倍,且三次循环后仍保持稳定的产氢效率.综上,MXene族材料可以作为一种高效的非贵金属助催化剂应用于光催化领域.     

掺杂过渡金属离子的TiO2复合纳米粒子光催化剂──罗丹明B的光催化降解

在悬浮液体系中进行的半导体光催化降解反应中,催化剂的导带电子(或被俘获到半导体表面的电子)还原电解质溶液的O2分子(受主)是反应的决速步骤,O2分子接受电子后形成的超氧自由基O2-或羟基自由基HO·具有很强的氧化能力,能将污梁物氧化降解[13].     

聚丙烯腈微球预富集分离微柱与FAAS联用测定痕量Cd(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)

将自制的聚合物微球填充到玻璃柱制备了2.5cm×4 mm i.d.预富集分离柱,并将其与火焰原子吸收光谱(FAAS)法联用,测定了其对Cd2和Zn2+的动态吸附,建立了测定溶液中痕量Cd2+和Zn2+的预富集分离-FAAS方法;优化了对Cd2+和Zn2+的吸附富集与洗脱条件,在室温下,溶液pH为5～6,上样和洗脱液流速...     

Modular fluidic resistors to enable widely tunable flow rate and fluidic switching period in a microfluidic oscillator

Microfluidic systems with modular components are attractive alternatives to monolithically integrated microfluidic systems because of their flexibility. In this study, we apply the modular concept on a water‐head‐pressure‐driven microfluidic oscillator and obtain a widely tunable flow rate and fluidic switching period. Modular fluidic resistors can be easily mounted onto and demounted from a main chip by means of plastic male connectors. The connectors enable a leak‐free connection between the modular resistors and main chip (leakage pressure > 140 kPa). With modular resistors, we show independent control of the flow rate and flow switching period of the oscillator system in a wide range (2.5 s–6.4 h and 2 μL/min–2 mL/min). This modular approach can be used to enhance the flexibility of instruction‐embedded microfluidic circuits in which their operational range is limited.     

Fuel cell-powered microfluidic platform for lab-on-a-chip applications

The achievement of a higher degree of integration of components--especially micropumps and power sources--is a challenge currently being pursued to obtain portable and totally autonomous microfluidic devices. This paper presents the integration of a micro direct methanol fuel cell (μDMFC) in a microfluidic platform as a smart solution to provide both electrical and pumping power to a Lab-on-a-Chip system. In this system the electric power produced by the fuel cell is available to enable most of the functionalites required by the microfluidic chip, while the generated CO(2) from the electrochemical reaction produces a pressure capable of pumping a liquid volume through a microchannel. The control of the fuel cell operating conditions allows regulation of the flow rate of a liquid sample through a microfluidic network. The relation between sample flow rate and the current generated by the fuel cell is practically linear, achieving values in the range of 4-18 μL min(-1) while having an available power between 1-4 mW. This permits adjusting the desired flow rate for a given application by controlling the fuel cell output conditions and foresees a fully autonomous analytical Lab-on-a-Chip in which the same device would provide the electrical power to a detection module and at the same time use the CO(2) pumping action to flow the required analytes through a particular microfluidic design.     

Preparation and Characterization of Nanotitanium Dioxide Coating Film Doped with Fe^3＋ Ions on Porous Ceramic

The nanotitanium dioxide （TiO2） photocatalytic and porous ceramic filtering technique is one of the advanced methods to effectively treat organic wastewater. The TiO2 sol doped with Fe^3＋ ions was prepared by sol-gel processing. The influences of the process conditions of coating nanophotocatalytic material- Fe^3＋-TiO2 film on the surface of porous ceramic filter by dipping-lift method on the performance of porous ceramic filter were studied. The porous ceramic filters have two functions at the same time, filtration and photocatalytic degradation. The results of this study showed that the pH and viscosity of the sol, amount of Fe^3＋ ions doped as well as the coating times greatly affect the quality of coating film, the performance parameters and the photocatalytic activity of the porous ceramic filter. When the pH of the sol is 3-4, the viscosity is about 6 mPa.S, the amount of doped Fe^3＋ ions is about 2.0 g/L, the porous ceramic filter has been shown to have the best filtering performance and photocatalytic activity. In this condition, the porosity of porous ceramic is about 42.5%, the pore diameter is 8-10μm. The degradation of methyl-orange is 74.76% under lighting for 120 rain.