赵莉[1]2007年在《光催化氧化同时脱硫脱硝的实验研究》文中指出本文提出了利用光催化氧化技术实现同时脱硫脱硝的实验原理和方法。以石英砂为载体制备了负载型纳米TiO_2光催化剂并应用于烟气脱硫脱硝的实验研究。利用自制光催化反应器,系统的考察了各种影响因素对光催化氧化脱硫脱硝的影响机制。对光催化脱硫脱硝产物形态和微区形貌进行了分析,探讨了TiO_2光催化同时脱硫脱硝的机理。基于光催化反应的各种反应条件,建立了脱硫脱硝效率的预测模型。利用液相沉积法制备了负载型纳米TiO_2催化剂,并对催化剂进行了改性掺杂和再生。扫描电镜(SEM )、透射电镜(TEM )和X射线衍射(XRD )表征结果显示,催化剂为锐钛矿型TiO_2,未掺杂和掺杂催化剂的平均粒径分别为21.8nm和17.5nm。以亚甲基蓝为目标降解物,考察了纳米TiO_2催化剂的光催化活性,为其下一步应用于烟气脱硫脱硝的研究提供了前提条件。暗态下,TiO_2光催化剂对SO_2有吸附作用,但不能发生紫外光照射下的氧化和光分解反应。紫外光照是SO_2发生光催化反应的必要条件,氧气、初始浓度、温度、湿度等因素对SO_2光催化反应的影响显着。光催化反应过程中SO_2的脱除包括溶解吸收和催化氧化,其中催化氧化占主导地位。紫外光照射,最佳实验条件下,SO_2脱除效率可达96%,催化剂改性掺Fe3+后的脱硫效率可进一步提高到100%。仅有紫外光照射条件下,NO不能发生光分解和氧化反应,催化剂对NOX有一定吸附作用。初始浓度对脱硝效率影响明显,氧气促进了光催化脱硝反应的完成,在一定湿度和温度范围内,NOX的光催化反应可达到49%的最高脱除效率。掺Fe3+催化剂可使光催化脱硝效率提高到53.2%。催化剂在暗态下条件下对SO_2和NOx的吸附主要是物理过程,一定浓度范围内,SO_2和NOx的光催化脱除存在相互促进作用。本实验范围内氧浓度能够满足光催化反应的需要。在60℃~170℃的温度范围内,SO_2和NOx光催化效率可达到80%和40%以上。随着湿度的增加,溶解吸收和催化氧化的作用使SO_2的脱除效率可达到100%,但超过一定范围时,NOx光催化效率下降。X射线能谱(EDS )、离子色谱(IC )、光电子能谱(XPS)及产物的化学分析表明,光催化脱硫脱硝产物为硫酸盐和硝酸盐,SO_2和NOx光催化反应脱除的机理是光催化氧化过程。BP神经网络模型预测光催化脱硫脱硝效率达到了较高的精度。
韩静[2]2009年在《基于可见光催化TiO_2/ACF同时脱硫脱硝的实验研究》文中研究表明本文以活性炭纤维为载体制备了负载型纳米TiO2光催化剂,利用自制的光催化反应器,进行了烟气同时脱硫脱硝的实验研究。系统的考察了各种因素对光催化氧化烟气同时脱硫脱硝的影响,提出了基于可见光催化氧化烟气同时脱硫脱硝的方法。通过烟气脱硫脱硝产物形态和微区形貌分析,探讨了TiO2光催化烟气同时脱硫脱硝的机理。同时,利用光催化反应条件,建立了脱硫脱硝效率的预测模型。利用分步水解法制备了混晶型纳米TiO2催化剂,溶胶凝胶法制备了锐钛矿型纳米TiO2催化剂,同时采用浸渍法制备了负载型TiO2/ACF光催化剂。扫描电镜(SEM )、透射电镜(TEM )和X射线衍射(XRD )表征结果显示,混晶型和锐钛矿型纳米TiO2催化剂的平均粒径分别为10nm和22.8nm。以甲基橙为目标降解物,考察了混晶型纳米TiO2催化剂的光催化活性,为烟气同时脱硫脱硝的实验研究提供了基础。无光照条件下,纳米TiO2光催化剂对SO2和NOx有吸附作用,但无光催化氧化反应发生,光照是SO2和NOx发生光催化反应的必要条件。烟气含氧量、烟气湿度、反应温度、SO2和NOx初始浓度等因素对SO2和NOx光催化反应有显着影响。光催化反应过程中SO2和NOx的脱除以催化氧化过程占主导地位。可见光照射,最佳实验条件下,锐钛矿型纳米TiO2催化剂对SO2脱除效率可达88.4%,NOX最高脱除效率达到40%,混晶型纳米TiO2催化剂的脱硫脱硝效率可分别进一步提高到97%和51.2%,表明混晶型纳米TiO2催化剂的催化活性高于锐钛矿型TiO2催化剂的催化活性。一定浓度范围内,SO2和NOx的光催化脱除存在相互促进作用。SO2浓度在800～2000 mg/m3的范围内,随着SO2浓度的增加,对脱硝有促进作用,在SO2为2000 mg/m3时,对脱硝促进最显着。NOx浓度在600～1000 mg/m3的范围内,也可提高SO2的脱除效率。X射线能谱(EDS )、产物的化学分析、离子色谱(IC )及X射线衍射(XRD)分析结果表明,光催化脱硫脱硝产物为硫酸盐和硝酸盐,SO2和NOx光催化反应脱除的机理主要为光催化氧化反应。基于SPSS多元线性回归和人工神经网络,建立了光催化脱硫脱硝效率预测模型,预测的光催化脱硫脱硝效率与实测光催化脱硫脱硝效率相吻合,表明模型预测精度较高。
辉永庆[3]2004年在《TiO_2及其复合光催化剂的制备以及对SO_2、NO的催化降解研究》文中提出光催化氧化是脱硫脱硝研究的一个新的领域，但是关于它的报道还不是很多。本文制备了新型的TiO_2的复合光催化剂，测试其在紫外灯光源及太阳光源下的光催化性能，并将其用于二氧化硫及氮氧化物的催化氧化。 本文对ZiO_2及TiO_2／ZnFe_2O_4纳米粒子和载玻片、硅片负载的薄膜制备方法及性能进行了研究。采用了两种途径：以钛酸丁酯作为前驱物，溶胶-凝胶法及溶胶凝胶-柠檬酸法分别制备TiO_2及TiO_2／ZnFe_2O_4纳米粒子；钛酸丁酯水解法及钛酸丁酯水解-柠檬酸法制备TiO_2及TiO_2／ZnFe_2O_4纳米粒子。这两种不同的途径的区别关键在于水和乙醇在反应体系中的主导地位不同。并采用溶胶体系，以提拉法和旋转涂膜法分别对载玻片和硅片涂膜，制得均匀透明牢固的TiO_2及TiO_2／ZnFe_2O_4光催化膜。 采用X射线衍射、TEM、AFM、XPS、BET等各种分析手段对催化剂的形貌、晶型、粒径、晶胞参数进行了测定和表征。对茜素红溶液进行了在紫外灯及太阳光下的光催化降解，测试催化剂的催化活性，确定催化剂制备条件。 用制得的复合催化剂粉体及硅基膜片降解SO_2和NO_0复合催化剂薄膜能在两小时左右将一定浓度的SO_2和NO分别降低95％和90％以上，而且经多次反复利用后膜片表面无损伤，催化性能基本没有下降。 最后对SO_2和NO的光催化降解的气固相反应机理进行了探讨。
尚海茹[4]2014年在《多金属氧酸盐及其光催化降解炸药废水新方法》文中研究表明多金属氧酸盐（POM）具有很强的酸性及水热稳定性，同时具有很好的氧化还原性及催化性能，被认为是一种新型绿色光催化剂，有望在光催化降解领域中发挥重要作用。但目前多金属氧酸盐类催化剂的负载方式多数是基于浸渍法合成，合成工艺相对复杂，制备周期长，且复合催化剂的稳定性相对较差，活性组分易脱落。本文通过采用溶胶-凝胶-溶剂热的制备路径，致力于这些关键问题的解决，在负载型多金属氧酸盐类复合催化剂的合成、结构与性质方面展开了系统的研究，形成更经济、高效的负载型多金属氧酸盐的制备方法，并以炸药废水中典型有机污染物二硝基甲苯（DNT）和叁硝基甲苯（TNT）等硝基化合物作为目标化合物，对所制备的复合催化剂的光催化活性、影响因素、重复使用性能及两种炸药体系的光催化反应动力学、矿化程度进行了研究。具体研究内容包括叁个方面。多金属氧酸盐类复合催化剂的合成与修饰。（1）采用溶胶-凝胶-溶剂热的路径合成了复合催化剂H3PW12O40/TiO2和H4SiW12O40/TiO2，一步法同时实现了多金属氧酸盐的负载与改性。（2）稀土元素在催化剂改性和构造新型光催化剂方面体现出良好的优势，本文利用两种不同的稀土元素（钇和镧）分别对H3PW12O40/TiO2和H4SiW12O40/TiO2进行了掺杂改性。（3）选取非离子表面活性剂P123作为结构导向剂，对H3PW12O40/TiO2和H4SiW12O40/TiO2进行修饰改性，提供了一种制备高比表面积，孔径分布均匀的负载型杂多酸的合成方法。（4）增强催化剂表面酸性是提高光催化效率的一条新途径。本文选用1mol/L的H2SO4，对制得的复合催化剂进行固体超强酸处理，一方面显着增强了催化剂的表面酸性，促进光生电子-空穴的分离及界面电荷转移。另一方面，SO42-的表面修饰可使催化剂的结构明显改善，有效抑制了晶相的转变。通过X射线粉末衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和N2吸附-脱附等检测技术对复合催化剂的组成结构、形貌、光学吸收特性及比表面积和孔隙率进行了全面的表征。X射线粉末衍射、红外光谱及拉曼光谱分析表明，H3PW12O40和H4SiW12O40以完整的Keggin结构固定在TiO2的晶格间隙，且所制备的催化剂均为典型的锐钛矿晶型。复合催化剂H3PW12O40/TiO2和H4SiW12O40/TiO2经修饰改性后晶粒尺寸分别由20.67和17.72nm减小至9.54和7.75nm。紫外漫反射吸收光谱表明，与纯TiO2相比，复合催化剂的吸收波长发生了明显红移，一定程度上拓宽了催化剂的光响应范围。N2吸附-脱附和扫描电镜结果表明，与TiO2相比，本文所制备复合催化剂的孔径和有序性大幅度提高，粒子的聚集度明显降低。当H3PW12O40/TiO2和H4SiW12O40/TiO2体系中引入结构导向剂P123时，催化剂的晶粒进一步细化，催化剂的比表面积也由177.9（H3PW12O40/TiO2）和179.3m2/g（H4SiW12O40/TiO2），提高至252.16（H3PW12O40/TiO2（2g P123））和250.0m2/g（H4SiW12O40/TiO2（1g P123））。大的比表面积可使催化剂产生更多的活性位点，为光催化活性的提高奠定了基础。在应用方面，探索了所制备的复合催化剂在光催化降解有机废水方面的催化活性，研究了紫外光作用下催化条件对一直较难处理的DNT及TNT废水光催化降解性能的影响，并对不同催化剂之间光催化活性的差异进行了合理的解释，揭示了纳米材料的结构、表面形貌及光吸收性能等参数与其光催化性能之间的关系。通过DNT降解的3次重复性实验，评价了所制备催化剂的循环使用情况及可重复利用性。最后，通过气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）和液相色谱-质谱联用仪（LC-MS）对废水中反应物和产物的种类进行了鉴定和分析，对光催化氧化法降解DNT和TNT炸药废水的降解机理和矿化程度进行了研究。本文的研究为制备负载型多金属氧酸盐类非均相光催化材料提供了方法借鉴，同时也为负载型多金属氧酸盐类复合催化剂光催化降解炸药废水提供了基础研究数据。
许勇毅[5]2005年在《TiO_2光催化条件下同时脱硫脱硝实验研究》文中认为光催化处理污染物是一种新兴的颇有发展前途的环境净化技术,纳米级TiO_2因其活性高、稳定性好而在该领域被广泛用作光催化剂。本文基于TiO_2光催化剂的光催化机理,对二氧化钛用于烟气同时脱硫脱硝进行了实验研究,实验在TiO_2光催化剂的制备,光催化反应器的设计以及应用于脱硫脱硝时的影响因素等方面做了较深入研究,通过改变模拟烟气中氧气浓度,模拟烟气湿度,停留时间等因素确定了同时进行脱硫脱硝的最佳工艺条件,获得了100%脱硫效率和40%以上的脱硝效率。根据脱除产物分析实验结果,提出了基于TiO_2光催化的SO_2和NO脱除机理。该研究有重要的理论意义和未来的应用价值。
孙圣楠[6]2015年在《金属与非金属改性TiO_2/ASC光催化剂的制备与NO氧化表面光电子行为研究》文中指出近年来,氮氧化物(NOx)已超过SO2成为我国主要的大气污染物之一,2013年我国NOx排放总量为2227.3万吨,2014年上半年NOx排放总量为1099.5万吨,日益严峻的环境污染问题催生了世界范围内尤其是我国更加严格的污染物排放和治理标准,NOx的排放控制技术已成为亟需改进的国家战略性技术问题。目前工业应用广泛的选择性催化还原法(SCR)是以氨为还原剂,将NOx在高温下还原成N2,计算分析发现,完全脱除2013年排放的NOx需消耗1264.2万吨NH3,产生2079.4万吨N2,若采用催化氧化法将NOx氧化为硝酸盐,则消耗1264.2万吨NH3可产生5941.4万吨NH4NO3。单从数据分析,催化氧化法脱硝是一种更为环保节能的脱硝方式。本课题组前期的实验证实,以半焦为载体的催化剂在低温催化氧化脱硝方面效果显着,但催化剂抗水性能差成为其进一步工业化的瓶颈。光催化是一种新兴的高效且对环境要求低的降解污染物技术,并且水是光催化反应过程中起重要作用的羟基自由基的来源之一。本论文以半焦为原料,采用硝酸、碱以及高温水热等不同的方式进行活化,利用溶胶-凝胶法制备半导体TiO2负载于活化半焦上得到TiO2/ASC光催化剂,考察了其光催化氧化脱硝性能,具体研究内容和结果如下：硝酸+高温水热活化比碱+高温水热活化后的半焦为载体制备出的TiO2/ASC光催化脱硝剂脱硝结果更好：超声波的“空化效应”使超声辅助的溶胶-凝胶法比常规搅拌溶胶-凝胶法制备出的催化剂性能高；TiO2/ASC催化剂制备条件的优化结果：TiO2负载量为5.2%、500℃煅烧1h。光降解污染物的机理因目标物和反应体系的不同而有差别,目前分为自由基氧化和空穴直接氧化两种机理。通过向增湿器中添加自由基捕获剂的方法来逐一验证本实验中起主要作用的活性物种,结果发现,在光催化氧化脱硝过程中起氧化作用的自由基为·OH和·O2-,由此推断光催化氧化脱硝的过程为：光激发TiO2价带上的电子跃迁至导带,并在价带上留下具有氧化性的空穴,光生电子和空穴分别与O2和H2O反应生成了具有强氧化性且几乎无选择性的自由基.OH和·O2-,自由基氧化NO成NO2,并与水蒸气结合最终以NO3形式存在。通过掺杂金属(Cu、Fe、Ce、Bi)和非金属(B)的方式来拓展可见光区的吸收,提高TiO2在紫外和可见光下的光催化活性。采用超声辅助溶胶-凝胶法分别制备了不同Ti/M比的M-TiO2/ASC (M=Cu、Fe、Ce、Bi、B)催化剂,在相同的实验条件下分别考察上述催化剂在紫外和可见光下光催化氧化脱硝活性,结果表明,金属和非金属掺杂均可提高TiO2/ASC催化剂光催化氧化脱硝的效果,且当Ti:Cu=10:1、Ti:Fe=15:1、Ti:Ce=2:1、Ti:Bi=20:1、Ti:B=20:1时的获得最高脱硝率,反应3.5h后脱硝率能保持在80%以上。反应的实验条件为：反应温度100℃,NO浓度300～500mg/m3,O2含量5%,水蒸气含量8%,空速600h-1。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、荧光光谱等表征手段对催化剂进行了分析。XRD结果显示,Ti:Fe=1:1中出现了FeTiO3, Ti:Cu=1:1时有CuO和Cu的衍射峰出现,Ti:BN15:1时出现了Bi12TiO20,且所有Bi-TiO2/ASC的样品中均存在Bi单质,其他样品中则无掺杂元素检出。通过定义能级阈值E0分别对不同元素改性下的光催化活性与Eo的变化做了研究分析并找到了较好的规律。对TiO2/ASC催化剂进行再生研究,高温(400℃)水热再生比氨水再生和高温热再生效果好,一次再生能恢复到新鲜催化剂脱硝率的100%,而氨水再生仅为80%；高温水热再生叁次后的脱硝率为新鲜催化剂的80%,说明TiO2/ASC催化剂具有良好的稳定性,可工业化应用。本文还对光催化氧化脱除烟气中CO进行了初步研究,Al2O3基催化剂(Cu/Al2O3)在光催化氧化脱除CO过程中表现出了非常有趣的现象,即在紫外光照下,CO的脱除率很快达到100%,掺加2.0% TiO2能缩短达到100%脱除率的时间,无紫外光照时,CO脱除率急剧下降,光照可恢复其100%的脱除率。尽管Cu/Al2O3在紫外光下表现出了显着的脱除CO能力,同时脱硝的水平则非常低,脱硝率仅有10%左右。
蒋凤[7]2016年在《低维二氧化钛纳米材料的制备、改性及催化性能研究》文中提出随着人类生活水平的逐年提高,人们对生活环境的要求也随之有所提高。然而,随着社会的工业化发展,大量的污染物被排入到自然界造成了环境污染。这严重危害着人类的生活质量和身心健康,同时也阻碍了人类发展的脚步。因此,环境问题已经成为当今社会刻不容缓的问题。目前,半导体光催化技术走进了人们的视线,得到了研究人员的广泛重视。用光催化氧化分解污水中的有机污染物已经成为最有前景的处理污染水体的方法。光催化技术可以将污水中的有机物氧化分解为水、二氧化碳及无危害的有机酸,这种处理技术节能环保、无二次污染。迄今为止,被广泛使用的半导体光催化剂主要有TiO_2、Cu O、Zn O、Fe2O3、Cd Se等,其中,TiO_2以其无毒、廉价、活性高、性质稳定等优点得到了研究人员的青睐,从而被大量的应用研究。然而,TiO_2作为一种优秀的光催化剂的同时也具备了一些无法回避的缺点。例如,TiO_2对太阳光的吸收率极低,这大大的限制了其在实际生活中的应用。因此,研究人员通过采用金属或者非金属对TiO_2进行掺杂改性,从而改善TiO_2的光催化活性。本文采用电纺及阳极氧化的方法制备出TiO_2纳米纤维(TiO_2 NFs)及TiO_2纳米管(TiO_2 NTs),通过掺杂无机金属离子Ag和Pb及表面修饰多巴胺的方法对TiO_2进行改性,本文的主要工作可概括如下:(i)通过电纺的方法制备出一种纤维状的纳米TiO_2,利用这种TiO_2 NFs光催化降解模拟有机物甲基橙的同时,以紫外光场为基础,耦合加入了电场、热场、超声波场。通过实验研究,确定了四场耦合对光催化反应的促进作用,并制备了一种四场耦合的光催化反应装置。(ii)通过电纺的方法制备出Ag/TiO_2 NFs,在其基础上通过浸渍法,令多巴胺(DA)在其表面生长出一层聚多巴胺(PDA)薄膜,制备出一种多孔PDA-Ag/TiO_2NFs复合光催化剂,通过以甲基橙为目标降解物,紫外光灯为模拟光源,对制备出的多孔PDA-Ag/TiO_2 NFs复合光催化剂进行性能评价,结果表明,这种多孔PDA-Ag/TiO_2 NFs复合光催化剂比纯的TiO_2 NFs催化剂具有更强的催化活性。(iii)通过阳极氧化的方法在钛片上生长出TiO_2 NTs,再通过电化学沉积的方法在其表面镀上一层Pb O_2粒子,随后,通过浸渍法将PDA薄膜生长在Pb/TiO_2NTs的表面,由此,制备出一种具有特殊结构的PDA-Pb/TiO_2 NTs/Ti复合电极。通过对甲苯溶液的光电降解反应,证明了这种PDA-Pb/TiO_2 NTs/Ti复合电极具有良好的光电性能,这种光电性能不仅表现在紫外光方面,通过实验表明,这种光电电极在模拟太阳光的照射下仍表现出良好的光电性能。
谢超[8]2004年在《TiO_2-SiO_2复合半导体光催化剂降解气相污染物的研究》文中提出1972年，Fujishima和Honda发现在TiO2电极上可光催化分解水。这一事件标志着复相光催化中一个新领域的开始。从那以后，化学家和物理学家对探讨光催化反应的主要过程及增强TiO2的光催化效率作了大量的研究。近年来，应用复相光催化净化环境已成为最活跃的研究领域之一。应用半导体金属氧化物或硫化物作光催化剂可完全消除大气和废水中的有机污染物。TiO2、ZnO、Fe2O3、WO3、CdS等都是半导体，也就是说，在它们的价带和导带之间有一适当的带隙（1-3eV）。在受到大于其带隙能的光照射时，价带电子被激发到导带上去，产生高反应活性的电子-空穴对，电子-空穴对迁移到固体表面以后，它们与具有适宜氧化还原潜势的吸附质发生电子转移过程，于是光催化降解过程就发生了。与光降解水中污染物相比，气—固复相光催化研究得较少，但由于其对受污染的大气环境如办公室、工厂等处进行污染控制有潜在的应用前景，气—固复相光催化已越来越引起了人们的关注。在适宜的条件下（室温、1大气压、氧气为氧化剂），用半导体作光催化剂可有效地使许多有机物转化为CO2和H2O。本论文中，我们首先选用不同的合成条件（合成路线，使用不同的醇作为溶剂，陈化时间，焙烧温度以及硅的含量）制备了TiO2-SiO2复合纳米粒子。不同合成路线所制备样品对庚烷的光催化能力所表现出的不同说明复合粒子的光催化活性是和催化剂中两种组分混合的均一程度有很大的关系。对于庚烷而言，使用乙醇合成的催化剂的光催化能力要高于使用甲醇，异丙醇和正丁醇作为溶剂所合成的催化剂。另外，陈化时间的延长有利于获得较高的光催化活性。对于庚烷和SO2, 均是当复合粒子含有大约9.1 mol% SiO2时光催化活性最高。以上样品使用多种现代技术手段如XRD、BET、FT-IR、SPS、XPS及UV-Vis等对它们的结构、性质进行了表征。通过以上表征发现，硅的加入可以显着地抑制所制备的催化剂的粒径的生长和晶型的转变，并且可以在催化剂的表
李文琪[9]2018年在《钨酸铋基可见光催化材料的制备及其降解有机污染物性能研究》文中研究说明半导体光催化技术是一种绿色环保且极具前景的能源转换技术。作为一种新型的窄带隙半导体材料,Bi2W06因其良好的可见光响应和光催化活性而有望应用于水中污染物的治理。然而,较高的载流子复合率和较低的载流子迁移效率严重制约着其实际应用。为此,本文成功改性并制备了几种具有优良可见光响应的铋基光催化材料。通过结构解析以及光催化性能的分析,研究了形成固溶体,形貌优化,离子掺杂和构筑异质结对Bi2W06光催化剂活性的影响。主要研究内容及结论如下:(1)通过形成固溶体的方法增强Bi2W06的可见光光催化降解性能。采用溶剂热法制备了 BiOBr纳米微球。随后以BiOBr作为模板,采用离子交换法制备出Bi2MoxW1-xO6固溶体空心微球。结果表明x=0～0.8范围内Bi2MoxW1-xO6为连续固溶体,且其结构可归属为正交晶系的Bi2W06相。少量Mo元素引入Bi2W06的晶格并替代W位可以有效减小Bi2MoxW1-xO6固溶体的禁带宽度,增强固溶体的可见光响应。而过量Mo元素则会引入晶格畸变导致缺陷增多而使光催化活性降低。在可见光条件下,Bi2Mo0.4W0.6O6样品对罗丹明B,苯酚和盐酸四环素均表现出优异的降解能力和重复稳定性。其对应的反应速率常数k分别为 0.024 min-1,0.016 min-1 和 0.007 min-1。Bi2MoxW1-xO6 空心球的形成基于柯肯达尔效应(kirkendalleffect)。即离子交换过程中,自外向内扩散的MO42-(M = W或Mo)和自内向外扩散的Br-之间的速度差引发质量迁移。(2)通过添加表面活性剂(PVP)的水热反应制备了不同形貌的Bi2W06纳米材料,并研究PVP添加量,分子量和pH值对Bi2WO6形貌和结构的影响。研究表明PVP在水热反应中对Bi2WO6纳米晶核的吸附和联立作用是导致Bi2WO6由二维片层结构向叁维异质结构的转化关键。反应体系pH值由酸性条件变为碱性条件的过程会降低Bi2WO6晶核的生成速率并减弱PVP分子链在晶核表面的吸附作用,使得Bi2WO6更易于沿(001)晶面各向异性生长成片层结构。0.2 g PVP修饰的Bi2WO6纳米花对罗丹明B具有较好的光催化降解能力,其反应速率常数k为0.003min-1,光催化活性的提升归因于PVP-Bi2WO6样品的高比表面积和良好的染料吸附能力。(3)通过离子共掺的方法增强Bi2WO6的可见光响应和催化能力。采用水热法制备了 Er/Nd共掺杂的Bi2WO6纳米片。Er和Nd掺杂在Bi2WO6能带结构中引入新的杂质能级,在一定程度上拓宽了 Bi2WO6的可见光响应能力。UV-vis DRS测试发现Er3+和Nd3+离子于524 nm和585 nm处存在两个上转换光谱峰,这种上转换效应可将吸收的可见光转化为紫外光供Bi2WO6激发生成载流子,并参与到光催化反应中。1%Er和1%Nd共掺的Bi2WO6光催化剂对罗丹明B,甲基橙,苯酚,盐酸四环素均有良好的降解,其对应的反应速率常数k分别为0.034 min-1,0.026 min-1,0.013 min-1 和 0.013 min-1。此外,提出了 Er/Nd 共掺提升Bi2WO6光催化活性的反应机理,即Er3+/Nd3+氧化还原对中Er3+和Nd3+离子间电子的相互补偿作用担当了电子捕获中心的作用,促进了光生电子的分离并延长了载流子寿命。(4)通过构筑异质结的方法增强Bi2WO6的载流子分离能力。采用一步水热法制备了 Ti02/Bi2WO6纳米花,这种水热方法负载的TiO2纳米颗粒和Bi2WO6纳米花表面结合紧密,有利于光生载流子的迁移和分离。TiO2负载量直接影响了 TiO2/Bi2WO6光催化剂的性能,其中60 wt%TiO2负载的Bi2WO6具有最高的光催化活性。具体来说,60wt%TiO2/Bi2WO6异质结光催化剂对罗丹明B和甲基橙在可见光下表现出优异的降解能力和重复稳定性,其对应的反应速率常数k分别为0.075 min-1和0.056 min-1。时间分辨荧光光谱研究表明TiO2/Bi2WO6光生载流子的寿命得以延长,这归结于异质结形成导致载流子在半导体间的定向迁移所致。(5)制备了 TiO2/Bi2WO6纳米粉体喷涂的光催化混凝土,初步研究了分散剂、催化剂组分和催化剂负载量对光催化降解甲醛气体的影响。研究表明添加CTAB作为分散剂可有效提升TiO2/Bi2WO6复合光催化剂在待喷涂溶液中的分散性,进而被均匀地喷涂在混凝土表面。经对照试验,负载密度为5 g/m2,喷涂有90wt%TiO2/Bi2WO6光催化混凝土甲醛的去除效率最高,24小时内达到83%。其对甲醛的光催化降解率是同等TiO2负载量的2.1倍。
石金娥[10]2008年在《具有光催化性能的几种半导体材料的制备、表征与应用》文中提出在众多的半导体光催化材料当中,二氧化钛(TiO_2)因其光催化活性高、紫外线屏蔽性强、热导性好、分散性好且价廉、无毒、无二次污染等优点而成为一种最受重视的光催化半导体材料。而氧化亚铜(Cu_2O)则是少有的能被可见光激发的半导体材料,其禁带宽度约为2.1eV,可以被波长为400-800nm的可见光激发;另外Cu_2O无毒,制备成本低,理论利用效率较高。也正是由于这两种半导体的诸多优点而在光催化领域中有着广阔的应用前景。因此,本论文通过简单方法分别合成出不同形貌的TiO_2纳米材料、亚微米尺寸的Cu_2O八面体及两者的掺杂体,并对典型的有机污染物及实际污水进行了降解研究,旨在为以后的科学研究和实际应用提供必要的理论依据。本论文包括两部分内容。第一部分为TiO_2和Cu_2O两种半导体光催化材料及掺杂体的合成与表征。分别采用水热合成法和常温液相法,通过改变反应条件、控制反应参数分别制得了形貌规则、粒径均匀、尺寸不同的光催化材料。在第一章中,采用水热合成法制得了晶型、形貌可控的TiO_2纳米粒子。且随体系pH值的变化,得到的TiO_2纳米粒子的尺寸、晶型、形貌都有所不同。体系的pH值小于10时,可得到粒径一致、分布均匀的球形TiO_2纳米粒子,而且,体系的酸性越强,得到的纳米粒子的粒径越小,最小粒径可达7nm,所得产物为锐钛矿型;当体系的pH=11时,则能够得到较规则的、长径比约为6 ?1的TiO_2短棒,产物的晶型仍为锐钛矿;当体系的pH值进一步增大时,则可制得由锐钛矿向板钛矿过渡的蝴蝶结形的TiO_2纳米材料。由于细微的粒子直接应用于废水处理时,分离、回收较困难,而TiO_2纳米管和纳米纤维不但能弥补分离、回收难的这一缺点,同时又可以保证良好的光催化活性。所以,在本文的第二章中,以所合成的TiO_2纳米粒子为原料,通过改变条件,进一步合成出了外径约为10nm,内径约为8nm,长度约在100-200nm之间的纳米管和直径约为40-60nm,长度约为10-20μm的纤维。产物粗细均匀,形貌良好。Cu_2O作为半导体材料的一种,在太阳光的照射下即可引发光催化反应,是一种极具开发前景的绿色环保催化剂之一,在环境保护中对有机污染物降解处理方面的应用得到了很大的发展,正日益显示出其重要性。在本文的第叁章中,采用一种简单的液相方法,在室温下可控制得亚微米尺寸Cu_2O八面体。该实验操作简单,反应周期短,在常温下即可进行;原料廉价易得,无需任何助剂及复杂仪器,产物的外形和尺寸可通过改变NaOH的浓度进行调节;而且,产物除了醋酸盐之外,没有其他有机污染物生成,对环境友好;产率较高,易于工业生产。为了改善材料的光催化性能,本研究还合成了Cu_2O/TiO_2及TiO_2/Cu_2O的掺杂体。合成产物用X-射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、选区电子衍射(SAED)等表征手段进行表征。第二部分为光催化降解部分。在第五、第六章中,采用上述合成的TiO_2纳米材料为光催化剂,分别对苯酚、硝基苯模拟水样进行降解研究。考察了被降解物的初始浓度、反应体系的pH值、光催化剂的加入量、光催化剂形貌的不同等因素对降解效率的影响。光催化降解的反应器为环型反应器,降解的光源为紫外光源。降解过程中需定时取样,萃取、浓缩富集后用GC/MS进行监测。通过文献调研及监测过程中中间体的出现,初步推测了苯酚及硝基苯的降解机理。在第七章中,我们采用亚微米尺寸的Cu_2O和TiO_2/Cu_2O的掺杂体为光催化剂,在可见光条件下对亚甲基蓝进行降解。结果显示,TiO_2/Cu_2O掺杂体的光催化性能比掺杂前的光催化性能有所增强,且TiO_2的掺杂量为3%时,对亚甲基蓝进行光催化降解的效率最高,2h后降解率达95%以上。第八章中,我们采用TiO_2纤维和Cu_2O/TiO_2掺杂体对实际的工业废水进行降解研究,在相同条件下考察TiO_2纤维掺杂前后对废水的降解效率。经COD测定,掺杂后的TiO_2纤维的光催化性能略有增强,且Cu_2O的掺杂量为5%时,降解效率最高,5h后降解率达90%以上。
参考文献：
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[9]. 钨酸铋基可见光催化材料的制备及其降解有机污染物性能研究[D]. 李文琪. 浙江大学. 2018
[10]. 具有光催化性能的几种半导体材料的制备、表征与应用[D]. 石金娥. 东北师范大学. 2008
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