新型纳米材料对水体中染料的光催化降解研究

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染料废水产生量大,毒性高,可生化性差,处理难度大。TiO2因具有光催化活性高、低毒、稳定性高、廉价易得等优点,最有光催化降解染料废水的工业应用前景而被大量研究。TiO2却因为禁带宽度大而有着对太阳光的吸收利用能力低的缺点,人们对TiO2光催化的研究也集中在通过离子掺杂、贵金属负载、半导体复合、染料敏化等改性手段来克服以上缺点,然而目前来看以上手段都有着各种各样的不足。近来有研究者发现,通过导电聚合物包覆TiO2构建的复合材料能够促进TiO2吸收红移、延长电子-空穴寿命等,有着广阔的应用前景。然而,关于导电聚合物包覆TiO2复合材料的研究还很不充分,如导电聚合物促进光催化活性的机制,新型导电聚合物包覆TiO2的研发,对染料废水光催化降解的系统研究等都很少见诸报道。本研究在充分了解国内外TiO2改性研究的基础上,选择廉价易得、具有大π键的邻苯二胺(PoPD)作为聚合单体,采用条件温和的原位氧化聚合法(in situ oxidativepolymerization)合成了聚邻苯二胺包覆的TiO2(PoPD/TiO2),并系统研究了其对亚甲基蓝的光催化氧化降解。具体来说包括以下三个部分:(1)以过硫酸铵为氧化剂,邻苯二胺(oPD)为单体,在TiO2颗粒存在的条件下原位氧化聚合,成功制备了PoPD/TiO2复合光催化剂。采用单因素变量法,系统考察了oPD与TiO2的摩尔比、HCl浓度、氧化剂与单体的摩尔比、反应持续时间与温度等因素的影响,并以可见光催化降解亚甲基蓝为探针,得出了最佳的制备条件。(2)运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱(UV-VIS)、光电流测试(PhotocurrentTest)等手段对制备的PoPD/TiO2复合光催化剂进行了表征。结果表明:在TiO2表面包覆了一层约2-5nm厚、较均匀且致密的PoPD膜,PoPD/TiO2复合材料对可见光有更好的吸收且对可见光有更强的光响应。(3)以模拟可见光(用滤光片除去氙灯的紫外光部分)为光源,系统研究了PoPD/TiO2复合光催化剂对亚甲基蓝的光催化降解。结果表明:在最佳实验条件下制备的PoPD/TiO2复合光催化剂于可见光下的降解效率远高于纯TiO2;降解反应符合伪一级反应动力学,表观速率常数与亚甲基蓝初始浓度成正比; PoPD/TiO2复合光催化剂具有较长的使用寿命与循环利用活性。
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