新型核壳结构钛铁基异质结膜的构建及其光催化过滤水中有机物和重金属离子性能的研究
批准号:
21667019
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
41.0 万元
负责人:
谢宇
依托单位:
学科分类:
B06.环境化学
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘连军、许秋华、王苏琴、胡冬生、周盼盼、宋健华、刘玉应、陈玺茜、许江伟
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中文摘要
目前光催化过滤技术依然缺乏具有新颖结构与独特功能的薄膜材料、对材料的界面化学、电荷转移和有机物降解以及金属离子竞争吸附机制的认知不够深入、缺少先进的反应装置。本项目拟从材料、机理和技术创新出发,首先可控合成多孔核壳结构ZnFe2O4@TiO2异质结,即将高能活性晶面TiO2(001)纳米薄片嫁接到ZnFe2O4纳米管上,通过引入缺陷、与N-掺杂石墨烯耦合进一步提高量子效率、可见光吸收和电荷转移,构建出能级界面匹配的异质结膜,采用先进的谱学与表面技术阐明异质结膜的界面结构和电荷转移途径,设计一种多级连续光催化薄膜过滤装置,系统评价膜材料去除水中特定有机物(罗丹明B、双酚A、腐殖酸)和重金属离子(Pb2+、Cd2+、Cr3+)的效率、耐久力和循环再生性能,探索有机物降解路径与金属离子竞争吸附机理,阐明异质结膜材料的构效关系。该项目实施将为开发新型水处理膜材料与光催化过滤提供理论依据和智力支持。
英文摘要
The practical application of photocatalytic membrane, an integrated technology of photocatalysis and membrane filtration, is hindered for the low degradation/filtration efficiency, fouling, and poor recyclability, mainly attributed to the lack of functional materials with novel structure and unique properties, the limited understanding of the charge transfer and degradation mechanisms, and the inefficient photocatalytic membrane reactor. In this proposed project, we expect to solve the aforementioned problems through the proposed membrane materials, mechanism and technology innovations. Specifically, (1) for the first time construct a novel core-shell structured heterojunction, i.e., TiO2(001) nanosheets grafted on ZnFe2O4 nanotubes, and further modify this nanostructure by introducing defects (Ti3+/oxygen vacancy) and N-doped graphene. All the components will generate a synergy to enhance the quantum efficiency for pollutants degradation because of the visible light response and facilitated charge transfer, and suppress membrane fouling with a good long-term stability and durability; (2) deeply gain insights into the heterojunction interface and charge transfer mechanism, and understand the mechanisms of organics adsorption/activation/degradation and metal ions competitive adsorption by various ex-situ spectroscopic techniques; (3) design a new multi-stage continuous photocatalytic membrane reactor, and comprehensively evaluate the membrane performance for the removal of specific organics (rhodamine B, bisphenol A, humic acid) and heavy metal ions (Pb2+, Cd2+, Cr3+), long-term durability, regeneration and recyclability, and establish the correlations between materials structure-property-activity. The findings in this project will advance the development of novel membrane materials and provide viable options for water treatment.
目前光催化过滤技术依然缺乏具有新颖结构与独特功能的薄膜材料、对材料的界面化学、电荷转移和有机物降解以及金属离子竞争吸附机制的认知不够深入、缺少先进的反应装置。本项目从材料、机理和技术创新出发,首先可控合成了多孔核壳结构ZnFe2O4@TiO2异质结,即将高能活性晶面TiO2(001)纳米薄片嫁接到ZnFe2O4纳米管上,再通过引入缺陷、与N-掺杂石墨烯耦合进一步提高量子效率、可见光吸收和电荷转移,构建出了能级界面匹配的异质结膜,采用先进的谱学与表面技术阐明异质结膜的界面结构和电荷转移途径,设计了一种多级连续光催化薄膜过滤装置,系统评价了膜材料去除水中特定有机物(罗丹明B、双酚A、腐殖酸)和重金属离子(Pb2+、Cd2+、Cr3+)的效率、耐久力和循环再生性能,探索了有机物降解路径与金属离子竞争吸附机理,阐明了异质结膜材料的构效关系。该项目实施为开发新型水处理膜材料与光催化过滤提供了理论依据和智力支持。项目研究期间发表了SCI收录学术论文20多篇,授权发明专利10余项,培养研究生11名,其中四名研究生学位论文获江西省优秀学位论文,获江西省自然科学一等奖等省部级奖励5项。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Titanium dioxide nano-heterostructure with nanoparticles decorating nanowires for high-performance photocatalysis
纳米粒子装饰纳米线的二氧化钛纳米异质结构用于高性能光催化
DOI:10.1016/j.ijhydene.2018.04.150
发表时间:2018-05-31
期刊:INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY
影响因子:7.2
作者:Fu, Honghong;Yang, Liming;Zhao, Jinsheng
通讯作者:Zhao, Jinsheng
Tuning the morphology of the active layer of organic solar cells by spin 1/2 radicals
通过自旋 1/2 自由基调节有机太阳能电池活性层的形貌
DOI:10.1039/c9nj01878f
发表时间:2019-09
期刊:New Journal of Chemistry
影响因子:3.3
作者:Qin Yuancheng;Li Manman;Xie Yu;Li Xue;Yang Chunming;Li Mingjun;Zhao Jinsheng
通讯作者:Zhao Jinsheng
High-efficient one-pot synthesis of carbon quantum dots decorating Bi2MoO6 nanosheets heterostructure with enhanced visible-light photocatalytic properties
高效一锅合成碳量子点装饰Bi2MoO6纳米片异质结构并增强可见光催化性能
DOI:10.1016/j.jallcom.2017.06.130
发表时间:2017-11-05
期刊:JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
影响因子:6.2
作者:Sun, Chaoyang;Xu, Qiuhua;Zhou, Dan
通讯作者:Zhou, Dan
One-step synthesis and Gd3+ decoration of BiOBr microspheres consisting of nanosheets toward improving photocatalytic reduction of CO2 into hydrocarbon fuel
由纳米片组成的 BiOBr 微球的一步合成和 Gd3 修饰可改善 CO2 光催化还原为碳氢燃料的性能
DOI:10.1016/j.cej.2020.125944
发表时间:2020-11-15
期刊:CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
影响因子:15.1
作者:Wu, Jun;Xie, Yu;Hou, Yang
通讯作者:Hou, Yang
Synthesis of Flower-Like g-C3N4/BiOBr and Enhancement of the Activity for the Degradation of Bisphenol A Under Visible Light Irradiation
花状g-C3N4/BiOBr的合成及可见光照射下双酚A降解活性的增强
DOI:10.3389/fchem.2019.00649
发表时间:2019-10
期刊:Frontiers in Chemistry
影响因子:5.5
作者:Wu Jun;Xie Yu;Ling Yun;Dong Yunyun;Li Jian;Li Shiqian;Zhao Jinsheng
通讯作者:Zhao Jinsheng
原位探究负载型金属催化剂在光热催化CO2甲烷化中寿命和失活机制
- 批准号:22272070
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:54万元
- 批准年份:2022
- 负责人:谢宇
- 依托单位:
基于光催化水裂解制氢新型金属-TiO2结构设计、强相互作用和界面活性位探究
- 批准号:--
- 项目类别:地区科学基金项目
- 资助金额:40万元
- 批准年份:2020
- 负责人:谢宇
- 依托单位:
新型有机-无机杂化纳米复合颗粒磁性液体的制备及其双可调光子晶体构建
- 批准号:51273089
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:谢宇
- 依托单位:
新型导电聚合物-铁氧体吸波杂化材料合成及其结构与性能研究
- 批准号:20904019
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:18.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:谢宇
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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