无机界矿物天然自净化功能之矿物光催化作用

在简述半导体光催化理论及TiO2多相光催化作用近30年研究现状的基础上，重点对国内外一直处于空白状态的天然含钒金红石光催化性能进行研究。天然含钒金红石中部分Ti^4 被V^5 包括Fe^3 、Cu^2 和Zn^2 等杂质离子替代可引起其晶格畸变与缺陷。机械粉碎到70～80μm后可使其晶胞膨胀0.33％，原位加热700～1100℃其晶胞可膨胀0．93％～2．13％，淬火改性其晶胞收缩0．01％～0．07％。受热改性其体相中V^5 向表面偏析。对晶格畸变的修复可表现为晶面重构和再结晶作用及微应力释放作用。粉碎的金红石对卤代烃三氯乙烯和四氯乙烯具有一定的降解效果而表现出良好的光催化活性。加热1000℃，金红石对卤代烃的降解率明显提高。淬火1000℃和1100℃，金红石对卤代烃的降解速度大大加快。而电子辐射金红石对三氯乙烯的降解率则明显降低。通过52种金属氧化物和金属硫化物半导体矿物的初步研究，发现大多数金属氧化物矿物产生光电子的波长范围是249～777nm，吸收光主要是可见光。而大多数金属硫化物矿物产生光电子的最大波长大于921nm，吸收光主要是红外光，充分表明无机界具有光催化功能的半导体在可见光条件下就可以产生光电子与空穴。系统开展无机界矿物光催化作用研究，对揭示地球生命过程和环境演化有着不可替代的作用，对氧化降解地球表层系统中有机污染物尤其是不能自行降解的持久性有机污染物有着至关重要的作用。     

太阳能在处理水、大气及土壤中有机污染物方面的应用

太阳能除作为传统的热源外，还可用于驱动化学过程。本文主要介绍利用光催化氧化技术处理废水、大气及土壤中有机污染物方面的最新进展，正在进行的现场实验、有关的太阳能设施，目前存在的主要困难及未来的应用前景等。     

掺杂Fe、Cd闪锌矿电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对掺Fe和(或)Cd的闪锌矿型Zn S的电子结构进行了计算。计算结果表明,纯闪锌矿的禁带宽度为2.85 e V;掺Fe浓度为3.125%的闪锌矿禁带宽度为2.58 e V,且Fe的3d和S的3p轨道杂化在禁带中引入了两条杂质能级;随着掺Fe量的增加,杂质能级的宽度和峰高也随之增大;掺Cd闪锌矿的禁带宽度为2.68 e V,并在下价带底引入一条杂质能级;Fe/Cd共掺杂的闪锌矿禁带宽度为2.49 e V,在禁带中出现的两条施主杂质能级可提高闪锌矿的可见光响应及催化能力。计算结果为深入探讨天然闪锌矿的可见光催化机制提供了理论支持。     

纳米SnO2光催化剂的制备及其在养殖废水处理中的应用

以五水合四氯化锡为原料,采用化学沉淀法制备了纳米SnO₂光催化剂,采用电子显微镜和X光衍射仪对粉体的粒径、物象和形貌等进行了表征,对比分析了自制纳米SnO₂对于养殖废水中氨氮的光催化降解情况。研究结果表明催化剂投加量、废水中氨氮初始质量浓度、溶液pH值和H₂O₂质量浓度均是影响氨氮催化氧化去除效果的重要因素。通过正交实验确定了SnO₂光催化剂氧化的优化反应条件:SnO₂投加量为1.2 g/L,氨氮初始质量浓度为40 mg/L,pH值为8.0,H₂O₂质量浓度为1.0 g/L,催化时间为2 h时,去除率可达72%。     

g-C3N4/Zn0.5Cd0.5S复合光催化剂的制备及降解双酚A的性能研究

本文以醋酸锌、醋酸镉和硫脲为原料,在前驱体制备过程中改变Zn/Cd的摩尔比,采用一锅退火法制备了系列g-C₃N₄/Zn_1-xCd_xS复合物。以双酚A(BPA)为目标污染物,考察了所制材料的光催化降解活性。结果表明,Zn/Cd的摩尔比为1∶1的g-C₃N₄/Zn_0.5Cd_0.5S在光反应30 min后,对BPA去除率可达94.9%,是g-C₃N₄(1.8%)和Zn_0.5Cd_0.5S (45.5%)的52.7和2.1倍;反应速率可达0.127 6 min^-1,是g-C₃N₄(0.000 9 min^-1)和Zn_0.5Cd_0.5S (0.021 3 min^-1)的141.7和6.0倍...     

海运船舶尾气洗涤废水中多环芳烃对海洋污染的研究现状及展望

分析了海运船舶尾气洗涤废水排放对多环芳烃（PAHs）类污染物的海洋富集行为的影响以及对PAHs控制的制约因素和净化技术发展现状。PAHs的海洋富集趋势与船舶的发动机尾气排放行为呈正相关性,且船舶尾气洗涤废水排放加速了PAHs向海洋中富集。国际海事组织（IMO）尚未对在PAHs中占比大且毒性强的烷基化多环芳烃进行立法限制,但单方面采取措施禁止船舶尾气洗涤废水在其所属海域排放的国家和地区日益增多,洗涤废水排放的PAHs类污染物亟须净化处理。将高级氧化光催化技术应用于洗涤废水排放的PAHs净化具有发展前景。我国应抓住机遇,大力开展针对海洋PAHs的排放限制立法以及船舶尾气洗涤废水处理先进技术的研究,这对于提升我国海事管理水平、增大国际话语权,以及保护海洋生态安全具有重要意义。     

电气石复合Nd/TiO2材料光催化活性研究

以硝酸钕、天然矿物电气石和钛酸丁酯为原料,采用凝胶法制备了电气石复合Nd/TiO2和钕掺杂TiO2。用XRD、UV-VIS、ESR对电气石复合Nd/TiO2材料进行了表征;以苯酚为目标降解物,考察了电气石复合Nd/TiO2材料的光催化活性。结果发现TiO2的相变转化区间在600~750℃范围内;电气石掺入对Nd/TiO2材料的光吸收范围基本没有影响,在300~750℃范围煅烧后,随温度升高UV-VIS图谱有逐渐红移现象;电气石的加入使得Nd/TiO2材料在光照及未光照条件下都起到增强.OH强度的作用;在Nd/TiO2材料中掺入0.6%的电气石获得最好的光催化活性,600℃下煅烧光催化效果较优。     

《盐湖研究》2012年第20卷(第1～4期)总目次

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掺铁二氧化钛薄膜的自组装制备、表征与光催化性能研究

采用自组装方法于低温液相反应体系中成功制备出大尺寸二维纳米二氧化钛薄膜和掺铁二氧化钛薄膜。样品通过荧光发射光谱、拉曼光谱、高分辨透射电镜等方法进行表征,并研究了紫外光和可见光下Fe3+/TiO2纳米薄膜对甲基橙溶液(MO)的光催化降解过程,探讨了Fe3+对TiO2的光催化活性的影响。结果表明,此方法不需要高温煅烧即可得到高催化活性的金红石和锐钛矿混合型二氧化钛薄膜,以金红石为主。Fe3+掺杂明显提高了TiO2对甲基橙溶液的光催化降解效率:掺杂Fe3+浓度为0.5 mmol/L时光催化效果最优,且更利于较低浓度甲基橙溶液的降解,在紫外光和可见光下对初始浓度5 mg/L甲基橙溶液的降解率分别达到98.62%和89.24%。     

天然闪锌矿光催化协同Acidithiobacillus ferrooxidans生长及抑制自身分解作用实验研究

对天然闪锌矿光催化协同下的Acidithiobacillus ferrooxidans生长,以及此过程中天然闪锌矿的光催化作用对其自身分解的影响进行了研究。结果表明,天然闪锌矿的光催化作用能够将光能以电子的形式转移给A.ferrooxidans并且促进了其生长,这一过程以Fe2＋/Fe3＋这一氧化还原对作为媒介;有光照组的A.ferrooxidans细胞浓度达到了8×108 cell/mL,而无光照和体系无电流的2组对照组A.ferrooxidans细胞浓度分别为6×108 cell/mL和4.95×108 cell/mL。通过电感耦合等离子体发射光谱仪测定3组不同条件实验体系中Zn2＋的溶出量可以发现,在光照条件下Zn2＋的溶出量只有3.5×10-6,而无光照条件下Zn2＋溶出量达到了5×10-6。天然闪锌矿光催化作用一方面可以促进A.ferrooxidans的生长,另一方面也能够抑制其自身的分解和金属离子向水体中的释放。研究结果为酸性矿山废水地区抑制硫化物矿物溶蚀提供了新的思路。