生物羟基磷灰石的合成及在环境净化中的应用

结晶除磷法是一种较可行的含磷污水深度处理方法。但该法也有一最大不足，即要求被处理水呈碱性，否则无法进行磷的去除。本课题的目的，就是想通过对天然骨质材料生物矿化过程的模拟性研究，寻找出一种能在中性条件下正常生成羟基磷灰石的方法，并借此扩大结晶除磷法的使用范围。在分析生物矿化机理及我们已有研究工作的基础上，配制与生物体液相似的微乳液和与细胞内生物模板相似的模拟生物矿化模板，模拟生物体内的矿化过程，成功地在微乳液油/水界面和模拟生物矿化模板上诱导生成与生物体内骨质材料性质相同的羟基磷灰石。在此基础上，研究分析这种仿生骨骼矿化过程在水体除磷中所存在的潜在应用价值。由于天然水体中存在着一定量的腐质酸和有机污染物，当这些腐质酸和有机污染物若定向吸附于选定固体表面时，就形成了天然的生物模板，这些天然的生物模板有可能诱导羟基磷灰石晶体的选择取向生长，这就使天然水体中发生仿生骨骼矿化过程成为可能。 2100433B

本书对有关光催化材料的资料以及近些年在光催化应用领域的研究成果进行了收集、整理和总结，共分5章，第1章介绍了光催化技术和光催化材料的基本概念、原理以及光催化材料的应用技术， 第2章介绍了光催化材料的可控合成及性能评价，第3章介绍了光催化材料在室内环境净化中的应用，第4章介绍了光催化材料在饮用水微量污染物净化中的应用，第5章介绍了光催化材料在国防军事废水处理中的应用。

本书适合从事光催化材料及光催化技术研究与应用的相关领域研究的科技工作者、高等院校师生以及科研院所工作人员阅读。

第1章光催化技术概述1

1.1光催化技术简介1

1.1.1光催化技术的起源及特点1

1.1.2光催化材料的可控合成方法1

1.1.3光催化降解污染物的机理6

1.1.4真空紫外光技术8

1.2光催化技术研究进展9

1.2.1光催化剂的改性及固定化9

1.2.2光催化反应器11

1.2.3光催化反应动力学13

1.2.4光催化剂固定化技术14

1.2.5光催化技术的环境净化应用15

1.2.6影响光催化降解效果的主要因素17

1.2.7半导体光催化技术的潜在优势18

1.3光催化技术的应用研究展望18

1.3.1光催化技术面临的问题18

1.3.2光催化技术研究热点19

参考文献20

第2章光催化材料的可控制备及表征24

2.1纳米TiO2系列催化材料24

2.1.1溶胶-凝胶法制备纳米TiO224

2.1.2TiO2的AC、ACF的负载化28

2.1.3TiO2-氧化石墨烯复合光催化材料的合成31

2.1.4TiO2/Al光催化薄膜的制备42

2.1.5TiO2薄膜上纳米贵金属粒子的可控负载51

2.1.6浸渍涂覆法制备MnOx/TiO2膜材料65

2.1.7反应磁控溅射制备氮掺杂TiO2光催化膜材料67

2.2纳米ZnO系列催化材料75

2.2.1水热法制备纳米ZnO75

2.2.2两步法制备ZnO/TiO2和ZnO/SnO2复合粉体80

2.2.3一步法制备稀土掺杂ZnO纳米材料92

2.2.4醇辅助水热法制备贵金属掺杂ZnO纳米材料99

2.3纳米In2O3系列催化材料103

2.3.1纳米In2O3光催化剂的可控合成103

2.3.2具有微孔-介孔结构的In2O3纳米片合成114

2.3.3石墨烯-In2O3光催化剂制备及性能研究120

2.4纳米Ga2O3催化材料126

2.4.1制备条件对氧化镓前驱体形貌的影响127

2.4.2Ga2O3催化剂的表征131

参考文献136

第3章光催化材料在室内空气净化中的应用138

3.1室内空气中挥发性有机污染物研究进展138

3.1.1室内空气中主要污染物的种类及浓度138

3.1.2室内挥发性有机物的来源140

3.1.3室内挥发性有机物间的反应与二次释放141

3.1.4室内挥发性有机物对人体健康的危害144

3.1.5室内挥发性有机物污染控制研究现状145

3.2光催化技术在室内空气净化中的应用146

3.2.1真空紫外气相光催化分解有机物146

3.2.2真空紫外光催化实验系统147

3.2.3催化剂的制备和表征150

3.2.4真空紫外光催化降解实验151

3.3TiO2薄膜VUV催化降解甲醛和副产物臭氧的控制152

3.3.1动态真空紫外光催化实验系统组成152

3.3.2VUV催化、UV254nm O3催化及UV254nm催化比较153

3.3.3Pd/TiO2真空紫外光催化降解甲醛与副产物臭氧控制158

3.3.4Pd/TiO2复合薄膜对甲醛和臭氧的同步去除162

3.3.5Mn负载TiO2薄膜对甲醛和臭氧的同步去除166

3.4臭氧/TiO2光催化降解甲苯研究171

3.4.1实验装置、方法与步骤171

3.4.2催化剂制备方法172

3.4.3实验内容及步骤173

3.4.4结果与讨论173

参考文献188

第4章光催化材料在饮用水微量污染物净化中的应用190

4.1水中微量污染物的光催化净化研究190

4.1.1实验装置190

4.1.2结果及讨论191

4.2环管式光催化反应器光催化降解水中氯代有机物200

4.2.1环管式反应器的结构参数201

4.2.2反应器中催化剂的布置形式204

4.2.3VUV光源辐射下微量有机物的光催化降解206

4.3光催化法处理水中全氟辛酸研究213

4.3.1全氟辛酸的毒性213

4.3.2片状In2O3纳米结构光催化降解PFOA的性能214

4.3.3束状氧化镓对PFOA的光催化降解及其机理215

4.3.4In2O3纳米颗粒与石墨烯复合产物（NP-G）光催化降解PFOA的性能218

4.3.5针状氧化镓对PFOA的光催化降解220

4.3.6影响光催化降解纯水中PFOA的反应因素的研究224

4.4臭氧光催化-活性炭净化地下水源水的研究227

4.4.1试验条件及分析方法228

4.4.2O3/TiO2/UV和单独O3氧化去除有机物效果比较228

4.4.3O3/TiO2/UV-GAC工艺去除地下水中天然有机物（NOM）230

4.5天然有机物臭氧光催化降解技术研究236

4.5.1实验室试验条件与分析方法236

4.5.2O3/TiO2/UV氧化NOM的影响因素分析236

4.5.3臭氧光催化反应器及工艺设计的指导原则243

参考文献244

第5章光催化材料在国防军事废水处理中的应用247

5.1光催化材料处理偏二甲肼废水研究247

5.1.1偏二甲肼废水处理实验研究249

5.1.2影响复合光催化剂处理效果因素分析251

5.1.3偏二甲肼降解动力学过程259

5.1.4Cu/TiO2-GNP光催化降解偏二甲肼的研究260

5.1.5臭氧强化TiO2薄膜光催化降解偏二甲肼研究264

5.1.6O3/VUV/TiO2降解偏二甲肼的影响因素研究267

5.1.7ZnO光催化降解偏二甲肼废水研究269

5.1.8稀土掺杂ZnO光催化降解偏二甲肼废水研究275

5.1.9贵金属掺杂ZnO光催化降解偏二甲肼废水研究276

5.2硝基氧化剂废水的光催化还原研究286

5.2.1紫外光下光催化反应286

5.2.2太阳光下光催化反应287

5.2.3模拟硝基氧化剂废水的强化光催化处理研究287

5.2.4负载化光催化剂还原硝基氧化剂废水实验290

5.2.5循环回收利用率291

5.2.6光催化还原NO-3的反应动力学分析292

5.2.7模拟超重力条件催化还原反应293

5.2.8反应条件的优化293

5.3TiO2/ACF复合光催化剂催化降解TNT研究297

5.3.1复合光催化剂降解TNT废水的影响因素298

5.3.2Fenton试剂对TiO2/ACF光催化降解TNT的作用301

5.3.3改性TiO2/ACF光催化降解TNT废水303

参考文献306