高效降解有机污染物的光催化剂制备及光催化性能研究

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21世纪以来,随着人们生活需求的日益增长和大规模的生产使用,越来越多的污染物流入水中,污染着我们赖以生存的环境,有机染料是工业废水中主要的有害成分。在大量的研究中表明,半导体光催化材料在光的照射下具备杰出的氧化还原能力,在光降解污染物、光还原二氧化碳和光还原氮等领域都有着巨大的潜力和实用价值。噻唑并[5,4-d]噻唑化合物是一种有机半导体材料,一般被用于光电学,荧光和半导体领域,它是双环芳族分子,具有两个包含N和S原子的噻唑环。如果将新的给电子或受电子基团键合到噻唑并[5,4-d]噻唑上,则可以改变其电子及化学稳定性。聚(苯噻唑并[5,4-d]噻唑)(p-PhTT)是含有噻唑并[5,4-d]噻唑基团的一种有机多孔聚合物材料。本文各章节分别探究了p-PhTT,MoS2/p-PhTT和In2S3/p-PhTT这三种材料的光催化降解有机染料性能,主要为以下三部分内容:采用对苯二甲醛和二硫代乙酰胺为前驱体,通过加热回流制备了具有三维立体层状结构的聚(苯噻唑并[5,4-d]噻唑)。运用XRD、SEM、FT-IR等表征方法对p-PhTT的结构物性进行了测试分析,并考察了p-PhTT作为光催化剂的降解有机染料的性能。由于p-PhTT具有三维立体层状结构,其比表面积较大,因此有较多的活性位点与染料接触,使光催化降解反应可以更快进行。在对光催化降解染料性能的考察中,以罗丹明B(Rh B)作为模拟污染物,p-PhTT在60 min内降解了98%的Rh B,展现了良好的光催化降解性能,进一步通过循环降解实验证明了p-PhTT具有良好的化学稳定性。采用一步溶剂热法得到了MoS2,然后与p-PhTT研磨得到MoS2/p-PhTT复合材料。本实验中制备的MoS2/p-PhTT复合材料与p-PhTT相比,在降解染料方面拥有更好的光催化性能。在同样的实验环境下,MoS2/p-PhTT复合材料仅用30 min就能将Rh B降解95%,并且在后面的实验中展现了良好的稳定性。实验结果表明,当MoS2的质量分数为p-PhTT的10%时,光催化降解的速率是最高的。采用加热回流制备了具有片层结构的In2S3,再将其作为前驱体加入到合成p-PhTT的过程中,制备In2S3/p-PhTT复合材料。实验中通过控制In2S3与p-PhTT的质量分数,制备了不同比例的In2S3/p-PhTT复合材料。实验结果表明,当In2S3的质量分数为p-PhTT的45%时,该复合材料的降解速率是最高的。这一结果表明In2S3与p-PhTT的复合可以明显改善p-PhTT的光催化性能,提升光催化降解的效率。综上所述,本篇论文主要对p-PhTT、MoS2/p-PhTT复合材料和In2S3/p-PhTT的光催化性能进行了深入研究,研究成果表明,p-PhTT及p-PhTT复合材料在降解染料方面,均表现出良好的光催化性能和优秀的发展潜力。
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