锰钾矿光催化降解苯酚及其影响因素研究

利用回流法合成隧道结构的锰钾矿,并研究其光化学降解苯酚的效果及影响因素。分别采用X射线衍射、原子吸收光谱、扫描电镜、透射电镜和BET氮气吸附法对锰钾矿的晶体结构(包括晶型、晶胞参数和结晶度)、化学组成、微观形貌和比表面积进行了表征。研究表明,非光照时锰钾矿对苯酚的降解效果较差,光照能显著促进锰钾矿对苯酚的降解;光照条件下,p H值减小能显著促进锰钾矿对苯酚的降解;锰钾矿用量增加至1.00 g/L时能显著促进锰钾矿降解苯酚,但继续增加矿物用量却显著降低苯酚降解率;非光照条件下,p H值减小和矿物用量增加不能显著促进锰钾矿降解苯酚。     

天然锰钾矿氧化降解水体中苯酚实验研究

在酸性条件下进行了锰钾矿氧化降解水体中苯酚的实验研究，结果表明：室内自然光照和氧气环境不影响苯酚降解；反应溶液酸度越大，反应进行得越快；样品用量越多、粒径越小，越有利于降解反应；反应温度升高与振荡速度增大也有利于降解反应的进行；共存电解质氯化钠、氯化钙不影响降解反应，而磷酸钠与醋酸钠则不利于降解反应。当介质pH值为2、1，160～200目锰钾矿用量为10g／L，反应温度为25℃，振荡速度为200r／min，反应8h，对50mL浓度为100mg／L苯酚的降解率基本上达到100％，达到了工业排放标准。从反应产物初步推断，苯酚降解的实质是锰钾矿氧化降解作用，为处理苯酚废水增加了一种有效的方法，并拓宽了天然锰钾矿的开发应用前景。     

天然锰钾矿氧化降解水体中苯酚机理研究

根据锰的溶出、氧气不参与反应、酸度是影响苯酚降解的主要因素等实验结果，推测天然锰钾矿与苯酚的作用机制。研究表明：反应8h，总有机碳去除率达88．7％；锰钾矿在硝酸存在时产生的氧自由基与苯酚发生氧化还原反应，使苯酚降解。根据检出的对苯醌、联苯二酚、2-羟基-苯并呋喃等中间物质推测出苯酚降解的反应途径。     

紫外光及日光下天然金红石光催化降解苯酚的研究

研究了山西代县天然金红石在紫外光和日光照射条件下对苯酚的光催化降解性能,考察了光照时间、pH值、苯酚初始浓度以及H2O2添加量对降解过程的影响。在紫外光照射下,酸性条件(pH=3.5)利于光催化降解,中性和碱性条件下降解效率较低;当初始浓度为60mg/L时,降解速率可达1.922mg/(L.h);H2O2作为电子捕获剂可提高苯酚降解速率,最佳投加量为2mL/L。在日光条件下,天然金红石对苯酚表现出良好的降解性能,照射7h后,降解率达87.68%,仅略低于P25型TiO2(99.72%),可在14h内完全降解。根据电子探针和X射线衍射分析结果,认为天然金红石晶格中的V、Fe等杂质可能是提高其可见光响应效果和光催化活性的主要原因。     

MnO2-UV联用光化学降解苯酚废水的初步研究

探讨了人工合成的高价锰氧化物与紫外光(UV)联用时降解苯酚废水的特性。结果表明,氧化锰矿物在无UV时对苯酚的降解能力差异大,1 g/L的氧化锰4 h对200 mg/L苯酚废水的降解率和COD去除率分别为:锰钾矿97.51%、酸性水钠锰矿89.07%、碱性水钠锰矿11.36%、钙锰矿9.67%;锰钾矿87.79%、酸性水钠锰矿53.11%、碱性水钠锰矿6.42%、钙锰矿1.43%。UV光照下,氧化锰矿物对苯酚的降解率有不同程度的提高,且表现出显著的表面光催化性质,增加了苯酚的深度降解,COD去除率显著提高。UV下氧化锰4 h对苯酚的降解率分别为:锰钾矿99.48%、酸性水钠锰矿91.86%、碱性水钠锰矿40.15%、钙锰矿35.95%);COD的去除率分别为:锰钾矿98.11%、酸性水钠锰矿68.45%、钙锰矿27.57%、碱性水钠锰矿24.27%。MnO2-UV联用时降解苯酚可能包括两种主要作用机制:氧化锰矿物的直接化学氧化降解和UV下MnO2的表面光催化降解。     

TiO2-蒙脱石光催化降解苯酚的实验研究

本文采用TiCl4在HCl中水解制备二氧化钛柱撑蒙脱石(TiO2-PILM)纳米材料，通过X射线衍射和BET N2比表面积分析对其进行表征，并研究其对苯酚在紫外光下的催化降解曲线，考察了苯酚的初始浓度、TiO2-PILM投放量、苯酚溶液pH值对光催化降解效果的影响。结果表明，制备的结构稳定的TiO2-PILM具有2．26nm大晶面间距和285．7m^2／g大比表面积。TiO2-PILM对苯酚有一定的光催化降解性，其过程是先吸附后降解。随苯酚初始浓度、TiO2-PILM投入量和苯酚溶液pH值的升高，TiO2-PILM对苯酚降解速率增大。在苯酚初始浓度为5mg／L、投样量为1g／L、pH为10时，TiO2-PILM对苯酚有较好的降解效果。     

热液条件下钙锰矿的合成及其影响因素

钙锰矿具有3× 3的大隧道构造, 广泛分布于大洋锰结壳和锰结核等环境中, 其性质和成因倍受关注.以改进方法制备的水钠锰矿(birnessite)为前驱物, Mg2+交换后得到Mg-水钠锰矿(或称布塞尔矿, buserite), 经热液处理合成了结晶度高的单相钙锰矿(todorokite), 采用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和选区电子衍射(SAED)等技术探讨了热液温度、体系压力和处理时间等因素对钙锰矿合成的影响.结果表明: 合成的钙锰矿与天然钙锰矿有相同的形貌和生长特征, 呈纤维状, 沿120°三连晶生长, 平均化学组成为Mg_0.16MnO_2.07 0.82H₂O.在实验条件下, 热液温度和处理时间是影响钙锰矿合成的主要因素; 而通过改变高压釜的填充度引起体系压力的变化对钙锰矿合成的影响较小, 体系压力并不是钙锰矿形成的主要影响因素.热液温度越高, Mg-水钠锰矿转化为钙锰矿的速率越快, 完全转化为钙锰矿所需的处理时间越短.热液温度分别为120℃、160℃和200℃时, Mg-水钠锰矿完全转化为钙锰矿所需的时间分别为6 h、4 h和2 h; 但热液温度高于160℃时, 易生成水锰矿杂质.延长处理时间与提高热液温度具有相似的影响规律.这进一步明确了钙锰矿的生成条件, 可为阐明钙锰矿的形成机制和促进其在材料科学中的应用提供理论依据.      

太阳能电池协同强化水钠锰矿光电催化染料降解研究

电催化、光催化、光电催化等电化学技术以其高效、廉价、环保等特点被认为是一种极具前途的环境污染深度净化技术,在有机废水处理等方面得以广泛应用。本文借助电化学电量控制法制备了水钠锰矿电极,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)表征其物相形貌,UV-Vis漫反射吸收谱结果表明水钠锰矿对300~600 nm波长范围可见光表现出良好吸收能力,计算其直接带隙约为2.14 e V,Mott-Schottky曲线计算其平带电位约1.15 V,0.1 mol/L Na2SO4介质中载流子浓度约为3.3×1019cm-3,是良好的可见光激发n型半导体材料。同时,本文以廉价高效的太阳能电池板取代了传统电化学工作站等外加电场设备,成功实现了协同强化水钠锰矿光电催化降解作用。协同作用下甲基橙60 min降解率为90.2%,效率远高于水钠锰矿光催化(2.2%)与电极电催化(33.6%)作用,强化了水钠锰矿光电催化降解反应,节省能耗的同时显著提高了降解效率。批次循环降解实验表明第4轮降解率(86.8%)较之第1轮(90.3%)降低程度5%,表明其具有良好长时间运行稳定性。     

纳米水钠锰矿可见光光电化学响应与甲基橙降解活性

伴随环境污染问题日益加剧,光能的光电转化在催化及环境领域引起广泛关注。水钠锰矿是地表常见锰矿物之一,本文借助电化学电量控制法快速高效制备了纳米水钠锰矿电极。X射线衍射(XRD)、Raman光谱测试表明物相单一为水钠锰矿;原子力显微镜(AFM)观察电极微观形貌可见表面分布有不规则多边形格子状空隙,测定沉积电量为0.5、1.0、1.5 C水钠锰矿厚度分别约为30、200、450 nm。紫外可见漫反射吸收谱显示电极可显著吸收300~600 nm波长可见光,Tauc方程计算电极间接带隙约0.8~1.3 eV,直接带隙约2.0~2.3 eV,Mott-Schottky曲线计算平带电位约1.15 V,三电极载流子浓度分别为3.26×10~(19)、4.63×10~(19)、2.70×1020 cm~(-3)。光电流密度-时间曲线及线性扫描伏安曲线表明电极有良好光电化学响应活性Evs.SCE=1.0 V(饱和甘汞电极)恒电势光照条件下,150 min后0.5、1.0、1.5 C水钠锰矿电极对5 mg/L甲基橙降解率分别为66.3%,70.0%,67.5%,拟合反应速率常数k分别为0.44 h~(-1)、0.48 h~(-1)、0.46 h~(-1)(R20.996)。综上,本文研究表明纳米水钠锰矿电极能有效可见光光电催化降解甲基橙等有机污染物。     

天然锰氧化物矿物氧化废水中苯酚的动力学研究

利用天然锰氧化物矿物在酸性条件下的强氧化性,研究其氧化水中苯酚的动力学,模拟锰氧化物矿物氧化苯酚的反应过程。通过测定初始浓度为100~1000 mg/L,pH值为1~2,温度为293~333 K时不同氧化时间锰氧化物矿物对苯酚的氧化结果,比较伪一级和伪二级反应方程的线性拟合情况;结果表明,该反应动力学曲线用伪二级反应模型拟合时相关系数高于用伪一级反应方程线性的拟合,所以这个反应可用来模拟伪二级反应。根据动力学数据得出Arrhenius反应活化能Ea为11.62 kJ/mol,说明温度对该反应影响不显著,且是一个扩散控制反应。     

铁锰氧化物对苯酚氧化降解的实验研究

为了考察铁锰氧化物对酚类污染物的氧化降解能力,采用天然以及合成的铁锰氧化物对苯酚的氧化降解进行对比实验研究。土壤中铁锰氧化物样品分别为天然针铁矿及氧化锰,合成铁锰氧化物样品分别为合成针铁矿及软锰矿。结果表明：苯酚与铁锰氧化物发生氧化还原作用时,还可能与土壤中杂质发生吸附等作用;铁锰氧化物还原反应强度随着反应介质pH值的升高而迅速下降;可用零级反应动力学方程拟合铁氧化物还原溶解反应,针铁矿溶解反应的强度与介质的pH值呈负相关关系;天然针铁矿对酚类污染物的氧化降解能力明显高于合成针铁矿,pH值对天然针铁矿溶解反应影响较大;可用一级指数衰减方程拟合锰氧化物还原溶解反应,锰氧化物溶解反应的强度与介质的pH值呈指数衰减关系;pH值对软锰矿还原溶解反应的影响大于对土壤中氧化锰的影响,pH值越小,影响越显著;对比pH值对铁和锰还原作用的影响发现,在pH=6.5时,锰氧化物仍有较强的氧化性能。     

热处理金红石晶体结构及其光催化活性分析

本文以在氢气气氛中加热和退火处理的天然金红石样品(采自山西某变质矿床)为研究对象,利用单晶和粉晶X-射线衍射(XRD)、环境扫描电子显微镜(ESEM)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-vis)等矿物学常规测试方法,结合Rietveld方法对实验数据计算和精修的结果,对系列样品的晶体结构及对光催化活性影响进行了系统的研究...     

The Crystal Structure of Lisiguangite

The crystal structure of lisiguangite,CuPtBiS3,from Yanshan mountains,Chengde Prefecture,Hebei Province,China has been determined by single crystal X-ray diffraction.It belongs to orthorhombic space group P2_12_12_1 with a = 7.7372(15) A,b = 12.844(3) A,c = 4.9062(10) A,V =487.57(17) A~3,Z = 4.The final full-matric least-square refinement on F2 converged with Rl = 0.0495 and wR2 = 0.0992 for 704 observed reflections[I≥2σ(I)].Lisiguangite is the isomorph of known CuNiSbS_3 and CuNiBiS_3· Pt~(2+) and Bi~(3+) have the distorted octahedral coordination enviroments composed of two metal and four S and Cu~(+2) has a distorted tetrahedral coordination environment with four S atoms.Each S atom is surrounded by four metals to give a tetrahedral environment.The crystal structure is a complex 3 dimensional network.     

晶体结构和表面性质对石英浮选行为影响研究

采用阳离子捕收剂HAY和脂肪酸类捕收剂GJBW对采自贵州织金硅钙质磷矿床的石英试样进行可浮性试验。结果表明,HAY比GJBW更易吸附于石英表面,2个试样可浮性存在差异。采用X射线衍射、扫描电镜及X射线能谱、Zeta-电位对石英晶体结构及表面特性进行分析。X射线衍射分析结果表明,2份试样物相组成单一,纯度高,结晶粒度较大。晶胞参数分析计算结果与理论值接近,偏大,晶胞参数偏差是影响石英可浮性的主要因素。扫描电镜及能谱分析表明:石英表面存在凹坑和明显棱角,晶体表面存在微量的Al、Mg和K等元素对石英进行活化,其相对密度越大,石英可浮性越好。Zeta-电位分析结果表明,石英零电点较低,石英表面金属离子使石英Zeta电位负移,石英表面电负性强,在弱酸条件下使用阳离子捕收剂HAY对其浮选效果较好。推测石英表面杂质元素可能是以类质同象进入石英晶体结构,对石英表面特性及可浮性影响较大。     

Reduction of Manganese Oxides: Thermodynamic,Kinetic and Mechanistic Considerations for One- Versus Two-Electron Transfer Steps

Manganese oxides, typically similar to δ-MnO₂, form in the aquatic environment at near neutral pH via bacterially promoted oxidation of Mn(II) species by O₂, as the reaction of [Mn(H₂O)₆]²⁺ with O₂ alone is not thermodynamically favorable below pH of ~?9. As manganese oxide species are reduced by the triphenylmethane compound leucoberbelein blue (LBB) to form the colored oxidized form of LBB (λ_max?=?623 nm), their concentration in the aquatic environment can be determined in aqueous environmental samples (e.g., across the oxic–anoxic interface of the Chesapeake Bay, the hemipelagic St. Lawrence Estuary and the Broadkill River estuary surrounded by salt marsh wetlands), and their reaction progress can be followed in kinetic studies. The LBB reaction with oxidized Mn solids can occur via a hydrogen atom transfer (HAT) reaction, which is a one-electron transfer process, but is unfavorable with oxidized Fe solids. HAT thermodynamics are also favorable for nitrite with LBB and MnO₂ with ammonia (NH₃). Reactions are unfavorable for NH₄⁺ and sulfide with oxidized Fe and Mn solids, and NH₃ with oxidized Fe solids. In laboratory studies and aquatic environments, the reduction of manganese oxides leads to the formation of Mn(III)-ligand complexes [Mn(III)L] at significant concentrations even when two-electron reductants react with MnO₂. Key reductants are hydrogen sulfide, Fe(II) and organic ligands, including the siderophore desferioxamine-B. We present laboratory data on the reaction of colloidal MnO₂ solutions (λ_max?~?370 nm) with these reductants. In marine waters, colloidal forms of Mn oxides (<?0.2 µm) have not been detected as Mn oxides are quantitatively trapped on 0.2-µm filters. Thus, the reactivity of Mn oxides with reductants depends on surface reactions and possible surface defects. In the case of MnO₂, Mn(IV) is an inert cation in octahedral coordination; thus, an inner-sphere process is likely for electrons to go into the empty e _g ^* conduction band of its orbitals. Using frontier molecular orbital theory and band theory, we discuss aspects of these surface reactions and possible surface defects that may promote MnO₂ reduction using laboratory and field data for the reaction of MnO₂ with hydrogen sulfide and other reductants.     

锡石的晶体结构和形态的关系

本文对不同成因类型的锡石晶体形态进行了研究,并从PBC(周期性键链)理论出发,讨论了锡石晶体形态与晶体结构的关系。笔者认为,锡石晶体具有三种F面,即s{111}、e{101}、m{110},与Hartman对同样结构类型的金红石晶面性质划分有所差异。据锡石晶面结构性质所推导的理想晶体形态图,与晶体测量所得到的天然晶体形态图总体上相吻合。     

氧化铁矿物催化分解苯酚的动力学速率及其产物特征

本文研究了针铁矿、纤铁矿、赤铁矿和磁铁矿在过氧化氢参与下催化分解苯酚的动力学速率与溶液pH值的关系,并用紫外吸收谱测定了反应产物的谱学特征。结果表明,纤铁矿反应体系催化分解苯酚的速率常数(k)最大,其余依次为磁铁矿、针铁矿和赤铁矿。在纤铁矿反应体系中又以pH=3.8时反应速率常数最大。除赤铁矿反应体系外,当溶液pH=3~4时苯酚被完全分解,并有50%~65%的有机碳(TOC)被矿化。在pH=3.25的赤铁矿反应体系中,苯酚大多仅被转化为多酚,小部分苯环被打开形成己烯酸。当溶液pH=4~5时,苯酚一般仅被转化为多酚类化合物,但TOC基本不变。当溶液pH>5时,苯酚没有发生明显的转化和矿化现象。     

Absorption and Photocatalytic Degradation of Machine Oil by Exfoliated Graphite-Supported Nanometer TiO2 Material

By loading nanometer anatase onto exfoliated graphite with the sol-gel method, exfoliated graphite-TiO2 composite （EG-TiO2） can be prepared, which can adsorb oil and can also degrade oil. In a technologic condition for preparing EG-TiO2, the impregnated number of times is the most important factor to influence oil-adsorbing capability, that is, when the impregnated number of times increases, the amount of saturation-adsorbed oil decreases. The study of EG-TiO2 photocatalytic degradation of machine oil based on the weight-loss method and infrared spectrum method indicates that EG-TiO2 has obvious effect of photocatalytic degradation for machine oil. Its performance is superior to pure nanometer TiO2 powder because nanometer TiO2 in EG-TiO2 has three-dimension laminar structure and comparatively high adsorption capability.