Sm-N-P-TiO_2纳米光催化剂在模拟太阳光下光催化降解4-氯酚的动力学

采用改进的溶胶-水热技术,制备了新型高性能Sm-N-P-TiO2纳米光催化剂。考察了条件因素对4-氯酚(4-CP)溶液在模拟太阳光下光催化降解的影响规律,并对不同催化剂的光活性进行了对比研究。结果表明,在实验条件下,4-CP光催化降解行为符合准一级动力学规律;随着4-CP溶液浓度增大,一级反应速率常数不断降低。在4-CP溶液初始浓度40 mg/L、催化剂用量1.5 g/L、溶液pH=5.2、溶液温度36℃、500 W氙灯照射2 h条件下,4-CP完全分解,表观速率常数Kapp为5.32×10-2min-1,Sm-N-P-TiO2的光催化活性是混晶型纳米TiO2(P25)的3.49倍;TOC去除率达到96.8%。     

N-P-TiO2纳米粒子的溶胶-水热制备及太阳光下光催化降解4-氯酚性能

以尿素和磷酸为掺杂剂、冰醋酸为抑制剂,利用溶胶-水热技术制备了介孔锐钛矿型N-P-TiO2片状纳米粒子;以4-氯酚溶液在模拟太阳光照射下的光催化降解评价其光活性;结合XRD,TEM,BET,XPS,DRS,PL和ζ-电位分析,探讨了N和P掺杂对TiO2光活性的影响机制.结果表明,与未掺杂、N或P单掺杂TiO2相比,N-P共掺杂TiO2具有更高的光催化降解4-氯酚活性.N-P共掺杂TiO2的可见光响应是由N 2p,P 3p分别与O 2p轨道杂化导致带隙窄化引起的.N-P共掺杂产生协同作用,进一步改善TiO2的表面织构特性,增加表面羟基,抑制光生e-/h+复合,增强表面酸性提高其水分散性,导致N-P共掺杂TiO2的光活性提高.     

4-氯酚在TiO2纳米膜上光催化降解及反应动力学特征

氯酚(ＣＰ)化合物被广泛应用于木材防腐、金属防锈及杀虫剂等,因其毒性大、难降解,对环境造成严重污染[1,2]。目前用于ＣＰ的光催化降解的ＴｉＯ2粉体悬浮体系,催化剂不易回收利用。本文采用Ｓｏｌ Ｇｅｌ法制备的负载型ＴｉＯ2纳米粒子膜作为光催化剂,对4 ＣＰ进行了降解实验研究。同时应用ＸＲＤ法表征了不同实验条件下薄膜中ＴｉＯ2的晶相结构和粒度,考察了不同层数ＴｉＯ2膜的光催化活性,并对4 ＣＰ的降解条件及反应动力学特征进行了探讨。1　实验部分1.1　玻璃负载ＴｉＯ2膜的制备与表征[3-5]按照钛酸四丁酯∶无水乙醇∶水=3∶12∶…     

氮掺杂Bi2O3光催化剂可见光催化降解2,4-二氯酚

采用自制的Bi2O3及氮掺杂Bi2O3(N-Bi2O3)光催化剂,以卤钨灯为光源,在可见光下对2,4-二氯酚进行光催化降解.结果表明,N-Bi2O3较Bi2O3具有更高的可见光催化活性.当N-Bi2O3光催化剂投加量为2.0 g/L、2,4-二氯酚初始浓度为20 mg/L和pH =7时,光催化反应320 min,2,4-二氯酚的降解率最高可达到91.5％.2,4-二氯酚的光催化反应初活性与其浓度之间的关系符合Langmuir-Hinshelwood动力学速率模型.对降解过程中总有机碳及Cl-测试结果表明,N-Bi2O3光催化剂能较好地完成对2,4-二氯酚的深度矿化及脱氯.     

Bi2O3 /TiO2复合纳米颗粒的可见光光催化性能

采用溶胶与水热相结合的方法合成了具有可见光光催化活性的复合纳米颗粒Bi2O3/TiO2,并对其进行了X射线衍射、透射电镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射谱、红外光谱、低温N2吸附脱附及电子顺磁共振分析。结果表明,复合少量的氧化铋可显著抑制TiO2由锐钛矿到金红石的相转移过程,并将光吸收范围扩展到可见光区。可见光照射下(λ>420 nm),利用电子顺磁共振技术检测到明显的羟基自由基(.OH)信号。铋的最佳掺杂量为Bi/Ti质量比2.0%,适量铋的掺入能显著改善锐钛矿TiO2的结晶度,抑制光生电子-空穴对的复合,提高光催化量子效率。通过可见光照射下,4-氯酚的降解实验测试Bi2O3/TiO2复合纳米颗粒的可见光光催化活性。同时,利用气-质联用仪对4-氯酚降解过程的中间产物进行了测定,并提出可见光照射下的Bi2O3光敏化机理。     

C-N-S-TiO2光催化剂的制备、表征及其性能

以钛酸四丁酯为钛源、功能生物小分子胱氨酸为掺杂剂,采用溶胶-凝胶法同步合成了C-N-S-TiO2光催化剂,利用XRD、XPS、FT-IR和DRS等测试技术对样品的结构及物化性能进行了表征。XRD和DRS分析表明,共掺杂抑制了TiO2晶粒的生长,提高了晶相转变温度,且C-N-S-TiO2样品的吸收带边明显"红移",光吸收范围一直延长至800 nm左右。XPS分析结果显示,C-N-S-TiO2样品表面产生了杂质能级,C、S元素分别取代部分晶格Ti4+以CO23-和S6+形式存在;而N峰呈宽化状态,以O—Ti—N和Ti—O—N键存在,且样品表面羟基含量明显增加。以罗丹明B染料为模型污染物,考察了该催化剂的可见光催化活性。结果表明,与P25 TiO2比较,C-N-S-TiO2光催化剂活性得到改进,C-N-S-TiO2光催化剂在470～800 nm波长下辐射120 min后对罗丹明B的降解率可高达83%。     

TiO2/BiNbO4复合光催化剂的制备及降解气相苯性能

采用固相反应法制备出BiNbO4,将其与TiO2耦合,得到TiO2/BiNbO4复合光催化剂。考察了催化剂在紫外光照射下催化降解气相苯的活性。结果表明,TiO2与BiNbO4耦合后催化活性明显提高,其中36%TiO2/BiNbO4紫外光照5 h对苯的降解率是P-25的3.7倍。紫外-可见漫反射谱(UV-Vis DRS)、XRD、XPS和低温氮吸附-脱附等表征结果表明TiO2与BiNbO4的能级匹配,二者之间存在能带协同效应。耦合后的TiO2/BiNbO4的光生电子和空穴能有效分离,从而提高了催化剂催化活性。     

可见光响应Gd-N-TiO2纳米光催化剂的溶胶-水热制备及表征

利用溶胶-水热法制备了未掺杂、N掺杂、Gd掺杂和Gd-N共掺杂TiO2纳米光催化剂,以甲基橙(MO)溶液在紫外光和可见光照射下的光催化脱色评价其光活性;采用XRD、XPS、BET、UV-Vis和PL分析技术表征样品的物理化学性能,探讨Gd-N共掺杂对TiO2光活性的影响机制。结果表明,Gd掺杂能有效抑制光生e-/h+的复合,提高光量子效率;抑制TiO2晶粒生长,改善样品表面织构特性,明显提高紫外光活性。N掺杂窄化TiO2带隙,拓宽光吸收范围至可见光区,从而提高了可见光活性。Gd-N共掺杂进一步窄化带隙增加可见光吸收,减小晶粒尺寸,改善样品的表面织构特性,增强织构的热稳定性。与单掺杂样品相比,Gd-N-TiO2在可见光照射下对MO的光催化脱色活性进一步提高,这归因于Gd-N共掺杂的协同效应。     

Pt/TiO2光催化重整降解2-氯乙醇水溶液制氢

在无氧条件下,进行了Pt担载的TiO2光催化有毒的2-氯乙醇(下文简称氯乙醇)重整制氢反应的研究.详细讨论了动力学因素如催化剂表面Pt化学状态、Pt担载量、溶液pH值、氯乙醇浓度等对产氢速率的影响,并用XRD、HNMR、XPS等技术进行了表征,探讨了氯乙醇降解和产氢反应机理.研究表明,在光催化降解氯乙醇的同时产生氢是完全可行的.催化剂表面的Pt以Pt0的化学状态存在,有利于析氧;溶液pH值对产生速率影响也很大,而氯乙醇的浓度变化只是在开始略有影响,浓度的增加对产氢并没有明显的影响.研究得出Pt担载的TiO2光催化重整氯乙醇制氢反应的最佳条件是Pt的最佳担载量约为1.0%;氯乙醇溶液浓度范围为0.04～0.10 M;最佳溶液pH值范围为4～10.     

有机改性TiO2光催化剂的制备及可见光催化性能

以染料黄叱精(Chrysoidine G)和TiO₂ (Degussa P25)为原料, 利用甲苯二异氰酸酯为桥连体, 成功合成了一种有机改性的TiO₂光催化剂. 采用XRD, TEM, FT-IR, UV-Vis对所得催化剂进行了表征, 以亚甲基蓝降解为探针反应, 考察其可见光催化性能. 结果表明: 甲苯二异氰酸酯在黄叱精和TiO₂之间形成了稳定的化学键, 从而实现了对TiO₂的表面有机改性; 改性后的TiO₂在可见光区(400～550 nm)有明显的吸收; 与未改性TiO₂相比, 有机改性的TiO₂催化剂在可见光照射下表现出了很好的光催化性能.     

Photocatalytic properties of mixed tio2/v2o5 films in water purification at varying ph

Summary Thin TiO₂ and TiO₂/V₂O₅ films are first deposited by dip coating from alcohol suspensions. The TiO₂/V₂O₅ films show somewhat better photocatalytic destruction of methylene blue in water than TiO₂ films.     

Kinetics of the TiO2 films growth at the hydrothermal hydrolysis of TiOSO4

Thin TiO₂ films were produced on different supports (quartz, silicon, plexiglas plates, stainless steel mesh) by controlled hydrolysis of TiOSO₄ at 80°C. The influence of TiOSO₄ concentration in the range of 0.003-0.04 M and concentration of H₂SO₄ in the range of 0.002-0.04 M on the kinetics of the TiO₂ film growth was investigated. It was found that typical kinetics of TiO₂ film growth follows the sigma type and the delay time τ_ind depends on the reagent concentrations. The existence of induction period could result from the process of nucleation of hydrated titanium oxide molecules with formation of heterogeneous colloidal metatitanic acid TiO₂·xH₂O. Analysis of the kinetics was performed including the autocatalytic stage of colloidal metatitanic acid formation. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

Photocatalytic Degradation of 4-Chlorophenol by Gd-Doped β-Bi2O3 Under Visible Light Irradiation

Chlorophenols are known as persistent organic pollutants.Therefore,research on the removal of chlorophenols has attracted widespread attention.Hereto,the photocatalytic degradation of 4-chlorophenol by Gd-doped β-Bi2O3 under visible light irradiation was studied.The results showed that Gd-doped β-Bi2O3 materials are efficient catalysts for the photocatalytic degradation of chlorophenols,and 2%(atomic traction)Gd-doped β-Bi2O3 exhibits the highest photocatalytic activity for 4-chlorophenol degradation,because doping an appropriate amount of Gd^3+ions can effectively reduce the recombination rate of the photogenerated e^-/h^+pairs and then enhance the photocatalytic performance.When the reaction was carried out at 25 ℃ for 6 h using the 2% Gd-doped/β-Bi2O3 micro/nano materials of 200 mg and at air flow rate of 40 mL/min,the degradation rate of 4-chlorophenol reached 92.3%.Additionally based on the analysis of the products,it was speculated that the dominant photocatalytic degradation mechanism of 4-chlorophenol by Gd-doped β-Bi2O3 under visible light irradiation is an oxidative process involving an attack by the hydroxyl radical.     

磁性TiO2/CoFe2O4纳米复合光催化材料的制备

以磁性CoFe2O4为核,采用改进的溶胶-凝胶法,制备了磁性TiO2/CoFe2O4纳米复合光催化材料.利用VSM(振动样品磁强计)技术对其磁性能进行了研究,结果表明:由该法所得的TiO2/CoFe2O4纳米复合光催化材料的饱和磁化强度虽稍弱于纯CoFe2O4纳米材料,但其矫顽力则优于CoFe2O4.TEM、XRD、UV-Vis等的结果表明,该纳米复合材料中的TiO2为锐钛矿结构;与TiO2相比,纳米复合材料对光的吸收拓展到了整个紫外-可见区,且吸收强度大大增强.对染料废水光催化降解的模拟研究表明,该复合材料在紫外光下,6 h可以使亚甲基蓝染料溶液的脱色率达95%,且重复使用3次时染料溶液的脱色率仍能保持在90%,明显优于纯TiO2.     

模拟太阳光下稀土Gd掺杂TiO2纳米晶的光催化性能研究

以甲基橙的光催化降解为探针反应,采用氙灯模拟自然条件下的太阳光,评价了通过酸催化的溶胶-凝胶法制备的稀土Gd掺杂改性TiO₂纳米晶的光催化活性及对甲基橙水溶液TOC的去除效果.运用XRD和UV-Vis DRS表征技术考察了Gd掺杂对纳米TiO₂的微晶尺寸、晶体结构与光学性能的影响.结果表明,Gd掺杂可以抑制TiO₂由锐钛矿相向金红石相的转变,阻碍TiO₂晶粒增长,使TiO₂的光吸收带边发生蓝移且有利于对可见光的吸收,从而使Gd掺杂TiO₂在模拟太阳光下光催化降解甲基橙的能力得到明显提高,但样品对甲基橙水溶液TOC的去除效果要滞后于其对色度的去除.     

p-n异质结BiPO_4/Ag_3PO_4的制备及其增强的模拟太阳光活性

采用一步水热合成法制备了BiPO_4、Ag_3PO_4和BiPO_4/Ag_3PO_4复合光催化剂,通过X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)等表征手段对其组成结构、形貌及光吸收性质进行了表征,结果表明Ag_3PO_4呈块状结构,BiPO_4则分布在其表面,形成的BiPO_4/Ag_3PO_4复合光催化剂具有单斜相和立方晶相结构,带边吸收拓宽至571 nm。以甲基橙和加替沙星为目标污染物,考察了BiPO_4/Ag_3PO_4复合光催化剂在模拟太阳光照射下的降解矿化能力,结果表明复合催化剂比单一催化剂的降解矿化能力更强,稳定性更好。此外,自由基捕获实验表明空穴是该光催化过程中的主要活性物种,·O2-次之。p-n异质结的形成使BiPO_4/Ag_3PO_4复合光催化剂具有较强的电子空穴分离能力是光催化活性提高的主要原因,这与光电流和电化学阻抗谱测试结果相一致。基于以上结果,文中对BiPO_4/Ag_3PO_4光催化降解有机污染物的机理进行了推测。