原位红外光谱法研究La/TiO2对有机污染物的光催化降解

本工作采用改进的溶胶-凝胶法和浸渍法制备了TiO₂掺杂稀土离子La³⁺的La/TiO₂光催化剂，运用XRD、N₂吸附脱附、紫外可见漫反射光谱(DRS)、表面光电压谱(SPS)等手段进行表征，同时利用原位红外技术考察了La/TiO₂样品光催化降解乙烯、丙酮、苯的气-固相光催化氧化反应，对其光催化降解有机污染物的过程进行了研究。结果表明，TiO₂经适量La³⁺掺杂后，锐钛矿晶型的含量增加，晶粒度减小，比表面积增大，禁带宽度增加，表面光电压信号增强，光生电子-空穴对有效分离；La/TiO₂样品对乙烯、丙酮、苯的光催化性能与纯TiO₂相比均有不同程度的改善，乙烯可以被光催化氧化完全矿化生成CO₂，而丙酮被光催化氧化可能生成中间产物丙酸，苯被光催化氧化可能生成中间产物苯酚和苯醌。     

碱土金属掺杂纳米TiO2催化剂的制备与光催化活性的评价

The nanometer TiO₂ were prepared by the hydrolyze-gel method and fellowed by doping alkaline-earth metals (Mg, Ca, Sr, Ba). XRD, SEM, diffuse reflection spectra were used to investigate their characteristices. The result indicates that the average particles size of the TiO₂ is about 80 nm and keep uniformity in distributing. The product was mainly anatase in 300～400 ℃ calcinations, the einstein shift of absorption spectrum was observed after doping the alkaline-earth metals. The best mole percentages of Mg, Ca, Sr and Ba are 0.5%, 1.0%, 1.5%, 1.5% respectively. Under the same reaction conditions, it is more effective to the UV-catalyed degradation reaction that the catalysts containing Mg and Ca were calcined at 300 ℃ for 1h or containing Sr and Ba were calcined at 400 ℃ for 1 h. The photocatalystic activity is considerably depondent on pH and the concentration of the oxidant. Using the sunlight to do the degradation experimental, the result also show that the doping catalysts has higher degradation efficiency than that of pure TiO₂.     

Gd-N共掺杂SrTiO3/TiO2复合纳米纤维制备及光催化性能

以静电纺丝技术制备的TiO_2纳米纤维为基质和反应物,结合一步水热法制得Gd-N共掺杂SrTiO_3/TiO_2复合纳米纤维光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)等方法对其微观结构、形貌和光学性能进行表征。结果表明:SrTiO_3和TiO_2形成异质结能够使光生电子和空穴得到很好的分离,而Gd-N共掺杂产生新带隙,可以拓宽光谱响应范围至可见光区,并引起晶格缺陷,成为光生电子-空穴对的浅势捕获阱。Gd-N共掺杂与异质结的协同作用有效提高了SrTiO_3/TiO_2复合纳米纤维的可见光催化活性。     

掺杂Cu的TiO2纳米粒子的制备、表征及其光催化活性

采用Sol-gel法制备了纯的和掺杂不同量Cu的TiO2纳米粒子,并用TG-DTA,XRD,XPS,UV-Vis和荧光光谱对样品进行了表征,考察焙烧温度和Cu含量对TiO2纳米粒子的性质及光催化活性的影响,初步探讨了Cu的掺杂对TiO2相变的作用机制及样品荧光光谱与光催化活性的关系.结果表明,Cu2+的掺杂对TiO2的相变有很大的促进作用,并使其光谱响应范围向可见光区拓展.Cu的掺杂未引起新的荧光现象,但适量Cu的掺杂能够降低TiO2纳米粒子的荧光强度.此外,在光催化降解苯酚的实验中,于500℃处理的掺杂Cu的TiO2纳米粒子的光催化活性较高,与表征结果一致.而掺杂不同量Cu的TiO2的光催化活性顺序与样品荧光光谱强度的顺序相反,即荧光光谱强度越低,其光催化活性越高.     

铕掺杂对纳米TiO2的光催化活性的影响

用溶胶-凝胶法制备了掺杂Eu3+的纳米TiO2,用XRD和TG-DTA对其进行了表征,并以正庚烷为气相有机污染物的实例研究了样品的光催化活性,发现Eu3+进入TiO2晶格中引起了TiO2晶格膨胀,导致晶格畸变增大,抑制了TiO2晶相的转变和粒径的增长.结果表明,Eu3+掺杂可提高TiO2的光催化活性,并且当掺杂摩尔分数为0.3%时,光催化活性最好.随着焙烧温度的升高,光催化活性下降,而利用较高的水解酸度则有利于得到光催化活性较高的样品.     

掺氮TiO2可见光降解有机污染物的比较研究

用溶胶-凝胶法制备了不同掺杂量的N/TiO₂复合纳米粉末, 采用X射线衍射(XRD)、扫描透镜(TEM)、紫外-可见反射吸收光谱(UV-vis)对催化剂进行了初步表征. 通过X射线光电子能谱(XPS)、元素分析仪(EA)测定其含氮量. XPS分析结果显示TiO₂晶格中的氧被氮原子取代, N/TiO₂表面存在Ti^3＋离子; 紫外-可见反射吸收光谱测得不同掺杂量的N/TiO₂的禁带宽度(E_g), 推测在TiO₂价带上方生成了由N诱导产生的中间带, 当氮、钛摩尔比为0.0880时N/TiO₂的E_g最小, 为2.50 eV. 在可见光下, 以酸性桃红(SRB)和无色小分子对氯苯酚(4-CP)作为可见光活性实验的探针反应, 确定了最佳掺杂比为n_N/n_Ti＝0.0880. 结果表明, 最佳掺杂量下N/TiO₂能显著降解SRB和4-CP, 通过测定ESR, IR, TOC, COD, 重点比较了TiO₂在掺杂N前后在降解SRB和4-CP时的差异, 包括氧化物种、矿化率、最终产物等, 证明在可见光下, N/TiO₂的降解机理为电子从独立的N 2p轨道激发到Ti 3d轨道, 产生羟基自由基等氧化物种, 达到降解有机物的目的.     

掺氮TiO2可见光降解有机污染物的比较研究

用溶胶-凝胶法制备了不同掺杂量的N/TiO₂复合纳米粉末, 采用X射线衍射(XRD)、扫描透镜(TEM)、紫外-可见反射吸收光谱(UV-vis)对催化剂进行了初步表征. 通过X射线光电子能谱(XPS)、元素分析仪(EA)测定其含氮量. XPS分析结果显示TiO₂晶格中的氧被氮原子取代, N/TiO₂表面存在Ti^3＋离子; 紫外-可见反射吸收光谱测得不同掺杂量的N/TiO₂的禁带宽度(E_g), 推测在TiO₂价带上方生成了由N诱导产生的中间带, 当氮、钛摩尔比为0.0880时N/TiO₂的E_g最小, 为2.50 eV. 在可见光下, 以酸性桃红(SRB)和无色小分子对氯苯酚(4-CP)作为可见光活性实验的探针反应, 确定了最佳掺杂比为n_N/n_Ti＝0.0880. 结果表明, 最佳掺杂量下N/TiO₂能显著降解SRB和4-CP, 通过测定ESR, IR, TOC, COD, 重点比较了TiO₂在掺杂N前后在降解SRB和4-CP时的差异, 包括氧化物种、矿化率、最终产物等, 证明在可见光下, N/TiO₂的降解机理为电子从独立的N 2p轨道激发到Ti 3d轨道, 产生羟基自由基等氧化物种, 达到降解有机物的目的.     

Ni控制掺杂TiO2薄膜的光电化学及光催化活性

采用溶胶-凝胶法通过分步控制工艺制备了镍离子不同掺杂方式的TiO₂薄膜。通过甲基橙的光催化降解动力学来表征其光催化活性。结果表明：镍离子非均匀掺杂在掺杂量0.5%时可以明显增强TiO₂的光催化活性，而均匀掺杂提高TiO₂的光催化活性较小。光电化学表征结果显示：镍离子非均匀掺杂TiO₂薄膜的瞬时光电流信号较强，说明其光生载流子易于生成且分离效果较好；循环伏安曲线表明，光照时Ni非均匀掺杂的TiO₂薄膜改变了体系的氧化还原电位，说明了薄膜内建电场的建立。基于半导体的P-N结原理探讨了镍离子非均匀掺杂TiO₂薄膜的光催化活性机理。     

N 掺杂TiO2光催化剂的制备及其可见光活性研究

A visible-light-active photocatalyst was prepared by calcination of the hydrolysis product of tetrabutyl titanate with ammonia as precipitant. The photocatalyst was characterized by X-ray diffraction (XRD), UV-Vis diffuse reflection spectra (DRS), thermal gravimetric-differential thermal analysis (TG-DTA), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscope (SEM). The color of the photocatalyst was yellow and could absorb light wavelength under 550 nm as measured by DRS. The catalyst calcined at higher temperature will give lower absorbance for visible light. Structures of the sample were characterized mainly to be anatase by XRD except for the sample calcined at 700 ℃ which gave mixtures of anatase and rutile. TG-DTA results showed that temperature for anatase formation was 415 ℃. XPS results showed that doped-nitrogen was presented in the sample, they are important to show visible-light absorbency. The photocatalytic activities were evaluated using methyl orange and phenol as model pollutants, the results showed that over 90% of phenol could be degraded under visible light using N/TiO₂ as the catalyst after 4 hours reaction. Almost the same activity was found for the TiO₂ photocatalyst calcined at different temperature under sunlight but activities were different when the treatment was under UV light.     

TiO2纳米薄片的合成及其光催化降解苯酚性能

以钛酸纳米管为前驱体,通过添加NaF高温水热合成了(001)面暴露的TiO₂纳米薄片,并对其催化苯酚光降解行为进行了研究。结果表明经水热反应后,钛酸型TiO₂纳米管(NT)转晶成锐钛矿型TiO₂纳米薄片(NS),且具有高(001)暴露面。和NT相比,NS对苯酚的光催化降解活性显著提高,其活性随水热温度升高而增加。NS光催化去除苯酚符合一级动力学,其中200 ℃合成的NS反应速率常数k最高,为0.083 min^-1。同时,苯酚的光催化反应初活性与其初浓度的关系符合Langmuir-Hinshelwood模型,表明苯酚的光催化降解受吸附控制。     

模板法制备的Fe3+/TiO2中空纳米纤维的光催化性能

以棉花纤维为模板,利用浸渍-热转化两步法制备了Fe³⁺掺杂的二氧化钛(Fe³⁺/TiO₂)中空纳米纤维光催化材料,并利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见光谱(UV-Vis)和ζ电位等技术对其形貌、结构、光吸收特性及其表面状态等进行了表征。以亚甲基蓝(methylene blue,MB)溶液的脱色降解为模型反应,考察了煅烧温度与时间对Fe³⁺/TiO₂中空纳米纤维光催化性能的影响。结果表明：利用该法可以制得棉花纤维形貌的Fe³⁺/TiO₂中空纳米结构材料;所得材料的催化性能除与材料的尺寸、相结构有关外,还与表面荷电性质有关,表面荷电量越高、表面结构缺陷越多、表面活性位越多,催化活性越高。500 ℃下煅烧2 h所得材料表面长有大量的粒子(平均尺寸为12 nm),其中TiO₂为锐钛矿结构,表面荷负电荷量最高,催化性能最好,如在太阳光下,2 h可使MB溶液的脱色降解率达93%,6 h完全脱色,而在纯TiO₂中空纤维材料上约为70%;该材料还具有良好的催化稳定性能,重复使用5次仍可使MB溶液的脱色降解率保持在90%以上,且该催化剂材料易于离心分离去除。     

Ag/TiO2光催化还原硝酸氮

利用化学还原法制备不同Ag掺杂量TiO₂纳米催化剂,采用TEM、XRD、XRF和UV-Vis对催化剂进行表征。考察了催化剂在紫外光(254 nm)和可见光照射下还原初始浓度100 mgN·L^-1水相硝酸氮的活性和效果。重点考察了紫外光照射下Ag掺杂量、不同空穴捕获剂(甲酸、甲醇、乙酸、乙醇、草酸、草酸钠等)及甲酸浓度对硝酸氮还原的影响;对硝酸氮转化率和总氮去除率、形成亚硝酸氮、氨氮浓度及氮气选择性的影响。甲酸浓度为0.030 mol·L^-1、Ag掺杂量为1.0wt%时催化剂效果最佳。此时,硝酸氮、总氮的转化率分别为98.43%、78.13%;亚硝酸氮浓度为零,转化的硝酸氮中只有20.76%转化为氨氮,氮气选择性为79.24%。可见光下进行光催化还原反应时,硝酸氮转化率仅37.98%,但氮气的选择性较高。     

Fe_2O_3/TiO_2纳米管阵列的制备及其光催化性能

在钛基体上采用阳极氧化法制备了TiO2纳米管阵列,采用化学浴方法在TiO2纳米管阵列上修饰了Fe2O3纳米颗粒。利用扫描电镜、X射线衍射和紫外可见漫反射光谱等手段对材料进行了表征,同时测试了材料的光电化学性能及其光催化降解亚甲基蓝染料废水的性能。结果表明,Fe2O3纳米颗粒的修饰将TiO2纳米管阵列的光响应拓宽至可见光区域,提高了光电流,Fe2O3/TiO2纳米管阵列的光电流是未修饰的TiO2纳米管阵列的9倍。而在光催化反应中,亚甲基蓝最高降解率可达80%,比未修饰的TiO2纳米管阵列高出30%。     

Fe2O3/TiO2纳米管阵列的制备及其光催化性能

在钛基体上采用阳极氧化法制备了TiO₂纳米管阵列,采用化学浴方法在TiO₂纳米管阵列上修饰了Fe₂O₃纳米颗粒.利用扫描电镜、X射线衍射和紫外可见漫反射光谱等手段对材料进行了表征,同时测试了材料的光电化学性能及其光催化降解亚甲基蓝染料废水的性能.结果表明,Fe₂O₃纳米颗粒的修饰将TiO₂纳米管阵列的光响应拓宽至可见光区域,提高了光电流,Fe₂O₃/TiO₂纳米管阵列的光电流是未修饰的TiO₂纳米管阵列的9倍.而在光催化反应中,亚甲基蓝最高降解率可达80%,比未修饰的TiO₂纳米管阵列高出30%.     

双介孔结构的纳米TiO2/I2复合材料的制备及其可见光催化性能

以钛酸丁酯为前驱体, 碘溶胶为碘源, 在室温下采用水解沉淀法制备了单质碘和纳米TiO₂复合的双介孔结构光催化剂(M-I₂-TiO₂). 采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、比表面分析(BET)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱和傅里叶变换-红外光谱(FT-IR)对M-I₂-TiO₂进行了表征. 以次甲基蓝(MB)溶液为模拟废水, 对M-I₂-TiO₂的光催化性能进行了评价, 研究了不同热处理温度对光催化活性的影响. 结果表明, M-I₂-TiO₂在可见光区有显著的吸收, 300 ℃热处理得到的样品比表面积高达227.6 m²/g, 600 ℃热处理所得样品的比表面积仍高达111.8 m²/g, 而400 ℃热处理所得样品具有最好的光催化降解性能. 双介孔结构纳米TiO₂/I₂复合材料的光催化降解性能显著高于相同方法制备的纯TiO₂和Degussa P-25商业产品. 催化剂经6次重复使用其光催化活性基本保持不变.     

Photocatalytic activity of TiO2 prepared by adding polyethyleneglycol

TiO₂ was produced by the sol-gel method with the addition of polyethyleneglycol (PEG) to study the effects of the molecular weight and the addition percentage of PEG. Bisphenol A (BPA) degradation rate constants were highest as 3.07, 4.02 and 4.23 h⁻¹ at PEG addition percentages of 10%, 5% and 0.5%. After 12 h reaction, the total organic carbon (TOC) reductions in UV/TiO₂, UV/TiO₂/PEG(200, 10%), UV/TiO₂/PEG(600, 5%) and UV/TiO₂/PEG(3500, 0.5%) systems were 44%, 24%, 19% and 23%, in order. The results demonstrated that adding an appropriate percentage of PEG to the TiO₂ preparation processes increased the BPA degradation and TOC reduction.     

胱氨酸改性TiO_2可见光下催化活性及催化机理

以胱氨酸为掺杂剂,采用溶胶-凝胶法制备了胱氨酸改性的TiO2可见光催化剂,并对其进行了TG-DTA、XRD、表面光电压光谱(SPS)及XPS表征。XRD结果表明,胱氨酸有效抑制了TiO2晶粒的生长,提高了锐钛矿向金红石相的转变温度。SPS分析结果显示,改性TiO2光催化剂可见光吸收增强,吸收带边明显红移,且胱氨酸用量为4.2%的样品光伏响应强度最大。XPS分析结果表明,胱氨酸改性TiO2样品表面的羟基含量明显增加,且O2p价带的VMB(价带最大值)值为2.3 eV,小于非改性TiO2。以罗丹明B为模型污染物,考察了胱氨酸掺杂量与焙烧温度对改性TiO2在可见光下催化性能。结果表明,胱氨酸掺杂量(相对TiO2)为4.2%、350℃焙烧的催化剂催化活性最好。波长为380～630 nm、470～800 nm的光辐射120 min后,罗丹明B的降解率分别达到91.02%、78.44%。     

TiO_2/Fe-杭锦2~#土催化剂光催化降解废水中乙酸的研究

首先采用离子交换法制得Fe-杭锦2#土,以其为载体使用溶胶-凝胶法制备了TiO_2/Fe-杭锦2#土负载型光催化剂,并通过X射线粉末衍射(XRD)、氮气吸附脱附(N2-BET)、固体紫外可见漫反射(UV-Vis DRS)、X射线光电能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)分析等对催化剂进行了表征.以光催化降解乙酸为探针反应,考察了Ti的负载量、光源、光照时间、催化剂用量和反应温度等反应条件对催化剂催化性能的影响.实验结果表明,对于浓度为100 mg·L-1的乙酸溶液,选用氧化钛负载量为20%的光催化剂、300 W汞灯为光源、反应温度为50℃、反应时间为6 h、催化剂用量为50 g·L~(-1)时,对乙酸的光催化降解效果相对最优,降解率达到78.30%.