【摘 要】
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基于半导体光催化氧化技术在环境污染治理方面的突出优点,人们对半导体材料的研究也日益深入。其中二氧化钛(Ti O2)因具有性质稳定、原料丰富、价格低廉等优点,在光催化治理废
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基于半导体光催化氧化技术在环境污染治理方面的突出优点,人们对半导体材料的研究也日益深入。其中二氧化钛(Ti O2)因具有性质稳定、原料丰富、价格低廉等优点,在光催化治理废水领域展现出巨大的潜能。但由于其带隙较宽,只能被紫外光所激发,成为工业化应用的瓶颈问题。因此,各国学者对如何拓宽Ti O2的光吸收范围进行了大量的研究,其中半导体复合是一个简单而又有效的方法。近些年,由电子给体(Donor,D)与电子受体(Acceptor,A)交替组合形成的D-A型有机共轭微孔聚合物(CMPs),其具有能带位置易调控、光响应范围宽、稳定性高等优势而受到学者们的关注。在设计合成中可以通过改变侧链取代基,而改变聚合物的带隙宽度,同时也可以改变其HOMO能级和LUMO能级位置。但D-A型CMPs由于带隙普遍较窄,光生电子易复合,从而导致其光催化活性一直处于较低的水平。因此本文以三苯胺为电子给体,苯并噻二唑为电子受体设计合成一种新型D-A型CMPs材料,并将该聚合物以不同配比与Ti O2进行复合,以双酚A为目标污染物对其进行研究,筛选出降解效果最好的复合光催化材料,并对该材料在可见光下催化降解双酚A的机理进行了探讨。主要研究结果如下:1. 紫外漫反射光谱表明,共轭聚合物TPABT带隙仅为2.2e V,具有较强的可见光吸收特性,并且通过在可见光下降解双酚A的实验表明,该聚合物在可见光下能够降解双酚A,但其降解效率较低。2. 通过原位聚合的方式,以不同的质量配比将共轭微孔聚合物TPBAT与Ti O2进行复合,制备了五种TPABT含量不同的TPABT/Ti O2复合材料。之后对单一材料和复合材料均进行了降解双酚A的实验,实验结果发现,复合材料相比于纯TPABT和Ti O2材料,双酚A的降解速度均有不同程度的提高,且随着TPABT含量的增加,复合材料的光催化性能呈现先上升后下降的抛物线。其中当TPABT与Ti O2的质量比为1:10时,表现出最佳的光催化性能,降解速度相对于纯TPABT和Ti O2分别提高了4倍和8倍。3. 利用电子顺磁共振(ESR),电化学阻抗(EIS),荧光光谱(PL),活性物种捕获实验等表征对TPABT/Ti O2复合材料的光催化性能提高的原因进行了研究。活性物种捕获实验表明羟基自由基、超氧自由基和空穴均为催化体系中降解有机污染物的主要活性物,同时推测了该反应体系的光催化降解机理。
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