纳米TiO2表面改性及光催化降解典型有毒污染物研究

纳米TiO2表面改性及光催化降解典型有毒污染物研究
作 者: 王楠 朱丽华
出版社: 知识产权出版社
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标 签: 工业技术 环境科学 环境污染及其防治
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作者简介

  王楠,博士,现为华中科技大学化学与化工学院副教授。近年来,主要围绕高毒性污染物的有效去除,深入探索纳米TiO2光催化与无机纳米铁氧化物类酶催化强化新方法及其在高毒性环境污染物控制中的应用,处理对象包括偶氮染料、酚类、芳香胺、多溴联苯醚和重金属等,取得了一系列有价值的研究结果,荣获2014年全国优秀博士学位论文提名奖(指导老师:朱丽华教授)、1项教育部自然科学二等奖(排名第6),在Chemical Science、Environment Science and Technology和Applied Catalysis B: Environment等国际**刊物上公开发表SCI学术论文30篇,其中第一及通讯作者18篇。

内容简介

本论文以高毒性污染物的有效去除为目标,探索纳米TiO2光催化与无机磁性纳米铁氧化物类酶催化强化新方法及其在高毒性环境污染物控制中的应用,取得了一系列有价值的研究结果,获得国家发明专利1项,发表SCI收录的论文17篇,其中第一作者10篇,主要创新点如下:(1)将Cu2+的电子阱作用与F-强化光生空穴转化成?OH相结合,提出了二者联用原位修饰协同增强纳米TiO2光催化的方法,显著加速了苯酚及其中间产物的氧化降解,实现了苯酚的快速降解和深度矿化,避免了常规光催化体系中有毒中间产物积累的弊端(代表作1,被引用20次,是教育部科学成果自然科学二等奖“痕量环境致癌物暴露监测与控制”的主要代表性工作之一)。这一方法为有毒有机污染物的绿色高效降解提供了一种新思路。Busca教授在综述(J. Hazard. Mater. 2008, 160: 265)中指出:本项工作的矿化效率明显高于其它TiO2光催化体系。这种从俘获光生电子与加速光生空穴转化两手抓起的思路,还被用于指导制备高活性、光化学稳定的Fe(OH)3/TiO2和Cu(OH)2/TiO2复合型纳米光催化剂,相关成果获得国家发明专利1项(ZL200510018393.X)和SCI论文2篇(J. Photochem. Photobiol. A: Chem.2008, 198: 282和Chin. Chem. Lett. 2007, 18: 1261,分别被引用6次和2次)。本点内容对应于博士学位论文第2、3章。(2)基于无色有机物吸附在纳米TiO2表面形成具可见光吸收的电荷转移络合物(charge-transfer-complex,CTC)的现象,利用污染物自身修饰TiO2并赋予TiO2可见光催化的能力,建立了有机污染物酚类及芳香胺等的结构与其发生CTC诱导的降解反应之间的构效关系;此外,利用原位添加绿色电子捕获剂H2O2等进一步加速了有机物的降解和矿化;该工作不仅深刻阐明了CTC络合物在TiO2可见光催化中的作用机制,而且为解决TiO2只能利用紫外光的难题提供了一种新思路(代表作2,被引用20次)。光化学家Devi教授在其有关TiO2光催化的综述中(J. Phys. Chem. A, 2011, 115: 13211),利用将近一页的版面重点介绍并高度评价了本项工作,认为我们完成的理论研究和提出的相关机理是对该领域的一个重要贡献。本点内容对应于博士学位论文第4章。(3...

图书目录

1 绪论……………………………………………………………………………………1

1.1 引言……………………………………………………………………………1

1.2 纳米TiO2光催化法概述………………………………………………………2

1.3 提高纳米TiO2的紫外光催化活性…………………………………………11

1.4 增强纳米TiO2的可见光催化活性…………………………………………16

1.5 本书的研究思路及主要内容………………………………………………22

2 M(OH)x表面改性增强纳米TiO2光催化降解甲基橙…………………………37

2.1 引言……………………………………………………………………………37

2.2 实验部分………………………………………………………………………38

2.3 结果与讨论……………………………………………………………………40

2.4 本章小结………………………………………………………………………48

3 Cu2+和F-原位改性协同增强纳米TiO2光催化降解苯酚……………………53

3.1 引言……………………………………………………………………………53

3.2 实验部分………………………………………………………………………54

3.3 结果与讨论……………………………………………………………………57

3.4 本章小结………………………………………………………………………65

4 纳米TiO2可见光催化降解无色酚类及芳香胺污染物的构效关系…………69

4.1 引言……………………………………………………………………………69

4.2 实验部分………………………………………………………………………70

4.3 结果与讨论……………………………………………………………………73

4.4 本章小结………………………………………………………………………84

5 小分子有机酸原位修饰增强TiO2可见光催化还原Cr(Ⅵ)…………………89

5.1 引言……………………………………………………………………………89

5.2 实验部分………………………………………………………………………90

5.3 结果与讨论……………………………………………………………………91

5.4 本章小结……………………………………………………………………100

6 高灵敏电子转移响应荧光探针的设计及在研究纳米TiO2光催化还原

性能中的应用………………………………………………………………………103

6.1 引言…………………………………………………………………………103

6.2 实验部分……………………………………………………………………104

6.3 结果与讨论…………………………………………………………………112

6.4 本章小结……………………………………………………………………131

7 研究成果及展望……………………………………………………………………137

7.1 主要研究成果………………………………………………………………137

7.2 主要创新之处………………………………………………………………138

7.3 课题展望……………………………………………………………………139

附录1 主要缩写词表………………………………………………………………141

附录2 高活性纳米Fe3O4类过氧化氢酶催化剂的制备及其应用……………143

F2.1 引言…………………………………………………………………………143

F2.2 超声强化纳米Fe3O4类酶催化H2O2氧化降解RhB ……………………143

F2.3 超声法制备高活性纳米Fe3O4类酶催化剂及性能研究………………146

F2.4 EDTA表面原位修饰增强纳米Fe3O4活化H2O2氧化降解有机污染物…149

F2.5 小结…………………………………………………………………………151

致谢……………………………………………………………………………………155