铁氧化物光催化氧化锰的实验研究及其环境意义

天然锰氧化物广泛存在于地表多种生态环境中,了解其形成过程对于厘清地表物质演化与元素循环具有重要意义.本研究首次开展了在常见氧化铁矿物催化作用下Mn2+的直接快速光氧化途径与反应机理实验.实验结果显示,不同水溶液体系中赤铁矿、针铁矿的光催化氧化Mn2+速率可达3.5～12.3 μM/h,可形成钡硬锰矿、斜方水锰矿等不同类型的氧化产物.反应过程中铁氧化物矿物价带上的空穴直接氧化Mn2+形成Mn(Ⅲ/Ⅳ),氧气充当导带电子的唯一受体.矿物催化剂种类和溶液化学成分能显著影响光氧化速率与最终产物的晶体结构.本研究揭示的光化学过程与地表暴露环境中广泛存在的铁锰共生现象吻合,可为揭示天然锰氧化物结构的多样性提供新的解释.     

不同产地矿物对有机-钛柱撑蒙脱石复合材料光催化活性的影响

以钛酸丁酯为前驱体,采用醋酸为酸催化剂制备TiO2溶胶,将制备的溶胶分别加入经表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵改性的河北、临安、安吉、内蒙古膨润土中,制备有机-钛柱撑膨润土复合光催化剂,并对其进行XRD、SEM、BET表征。结果表明,TiO2插入了膨润土层间,并以锐钛矿型的晶形存在,制备的复合光催化剂仍有较好的层状结构,其比表面积均比相对应的不同产地的膨润土的比表面积大。以甲基橙为目标污染物,考察了有机-钛柱撑膨润土复合光催化剂的吸附性能和光催化活性,发现所制备的复合光催化剂具有较好的光催化活性,而且用不同的膨润土合成的催化剂的光催化活性差别很大。膨润土的化学组成和层状结构上的差异是复合催化剂吸附性能和光催化活性差别的主要原因。其中有机-钛柱撑临安膨润土复合光催化剂的光催化活性最好。     

Microstructure and Photocatalytic Decomposition of Methylene Blue by TiO2-Mounted Halloysite, a Natural Tubular Mineral

On the basis of analysis of structure and properties, halloysite, a natural tubular mineral, was developed for an environmental treatment. TiO2 was mounted into halloysite by using hydrolysis of tetrabutyl titanate at room temperature. The adsorption and photocatalytic performance of halloysite and TiO2-mounted halloysite have been examined in methylene blue aqueous solution in the dark and under ultraviolet ray irradiation, respectively. Their performance of adsorption and photodecomposition was evaluated from the adsorbed and degraded amounts of methylene blue （MB）. Due to the mixture of adsorption and photodecomposition, the concentration of MB, organic pollution, in water decreased rapidly with TiO2-mounted halloysite powder, which is a faster reaction than that with halloysite-only adsorption. This new use of halloysite is leading to many interesting applications in the decomposition and elimination of various pollutants in air and water.     

纳米TiO2/SiO2对甲苯-SO2体系气相光催化作用的影响因素

以纳米TiO₂/SiO₂为光催化剂、C₇H₈(toluene)-SO₂-O₂-TiO₂/SiO₂为重点研究体系,研究了甲苯的初始浓度、氧气含量、水蒸气含量和光强对甲苯光催化降解的影响。结果发现,甲苯的初始反应速率随其初始浓度的增加而增大,并最终趋于稳定;随着含氧量增加而不断增大,体积分数为25％时达到最大,之后逐渐减小;水蒸气的体积分数为0.4%时,甲苯降解速率最大;光强增加,甲苯增大反应速率, 3.0 mW/cm²时反应速率趋于定值。体系中引入SO₂促进了甲苯的初步降解,却抑制反应中间产物的进一步降解;同时甲苯的存在也抑制了SO₂的降解。     

纳米Cu2O/珍珠贝壳复合材料的光催化杀菌机理研究

研究了纳米 Cu2O/珍珠贝壳复合光催化材料对嗜水气单胞菌、副溶血弧菌、鳗弧菌和溶藻胶弧菌的杀菌效果,并考察了材料浓度、光源强度、作用时间等因素对杀菌作用的影响.结果表明,该复合材料对四种病原菌均具有较强的杀灭能力,复合材料浓度为100 mg/L时,无论在紫外光还是太阳光下照射2 h,杀菌率均达到100%; Fe (phen)32+光度法验证了复合材料溶液在光照过程中产生了具有强氧化活性的自由基.     

自然光下羟基氧化铁处理水溶液中甲基橙的研究

自然界广泛存在羟基氧化铁,研究其在地质中的光催化作用对环境的污染防治有着重要意义。在自然光照下,用针铁矿和四方纤铁矿处理甲基橙溶液,不同反应时间取样经高速离心后,用紫外/可见分光光度计和傅立叶变换显微红外光谱仪(FTIR)进行分析。结果表明,FeOOH/Visible light体系能使甲基橙溶液脱色率达83%,四方纤铁矿比针铁矿有更好的光催化降解效果;FeOOH/Visible light体系能将甲基橙分子中的偶氮键打开,从而使溶液脱色,FeOOH/Visible lihgt/H2O2则能进一步降解甲基橙,使其分子中的苯环部分打开。     

光催化/VUV/海水吸收协同用于舰船烟气脱硫脱硝的研究

针对舰船烟气脱硫脱硝需求,提出采用光催化/真空紫外(Vacuum Ultraviolet, VUV)辐射协同海水吸收脱硫脱硝一体化技术,强化SO_2和NO在海水中的传质吸收过程。基于舰船烟气脱硫脱硝的过程分析机理,设计小试装置模拟舰船的烟气脱硫脱硝系统,开展实验探究液气比、温度、空速、SO_2和NO初始浓度等关键参数下的系统脱硫脱硝率,揭示参数间的相互作用规律。实验结果表明,该系统最佳液气比≤6.5 L·m~(-3),空速≤680 h~(-1),系统脱硫率随温度升高而降低,而脱硝能力在温度高于60℃时有所增强,较纯海水吸收SO_2脱除率为100%时液气比可减少1.5 L·m~(-3),大大减少了反应器负荷,可适用于舰船烟气脱硫脱硝。NO脱除率随SO_2初始浓度从1 600 mg·m~(-3)增至3 800 mg·m~(-3)时而减小,而SO_2初始浓度超过3 800 mg·m~(-3)后对NO脱除率几乎无影响;SO_2的脱除效率不随NO初始浓度的变化而变化。且模拟舰船处于淡水区时,脱硫脱硝效果分别达到90%和80%以上,仍满足模拟舰船在淡水区脱硫脱硝的目的。综合分析,兼具运行成本低、设备尺寸小及脱硫脱硝效果好等优点的光催化/VUV协同海水吸收脱硫脱硝一体化技术在舰船烟气净化领域具有重要的应用价值。     

锌锡复合掺杂纳米二氧化钛的光催化性能研究

采用溶胶—凝胶法制备了Zn2+、Sn4+复合掺杂的TiO2光催化剂,通过XRD、TEM、UV—Vis测试手段对样品进行分析,以对硝基苯酚为研究对象,对其进行光催化降解。结果表明:复合掺杂Zn2+、Sn4+提高了催化剂对波长在200—450 nm范围内的光的吸光度,发生"红移"。在氙灯激发下,其催化活性优于纯TiO2。     

天然闪锌矿可见光催化降解CCl_4实验研究

研究了天然闪锌矿可见光催化还原降解四氯化碳(CCl4)的能力,并系统探讨了光源、闪锌矿用量、电子供体和溶解氧对N,N-二甲基甲酰胺有机体系中CCl4降解效果的影响,获得了该光催化反应体系的最佳实验条件。在可见光下,闪锌矿用量为1g/L,电子供体为甲酸0.5mol/L,溶解氧含量为空气平衡时,经8h光照反应,CCl4降解率达91.48%。通过GC-MS对降解产物进行分析,提出了天然闪锌矿在改有机体系中可见光催化还原降解CCl4的机理。     

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。