论文部分内容阅读
TiO2光催化降解有机污染物具有速度快，可持续分解中间产物，无二次污染等优势，是治理有机污染物的有效途径之一。由于纳米粉体在实际应用中难以回收利用，制约了其工业化进程。针对这一问题，本论文选用Nafion液作为封装材料，对TiO2基光催化剂实施封装。通过XRD、SEM、TEM、EDS、UV-vis等手段对合成材料的组成、形貌、结构和水接触角等进行表征分析，考察了光催化材料降解甲基橙的性能，探究纳米光催化剂的封装工艺及技术，并进行了光催化剂封装“实效性”的研究。取得了以下的研究成果：
1)以钛酸四丁酯为钛源，无水乙醇为溶剂，盐酸为催化剂，采用溶胶-凝胶法，在40℃下制备出系列TiO2纳米晶溶胶。
2)选用Nafion溶液作为封装试剂，对自制的TiO2纳米晶溶胶（pH=1.88）实施聚合封装，制备出质量分数不同的TiO2/Nafion杂化薄膜。表征结果显示，锐钛矿相的TiO2纳米晶在薄膜中分散均匀，与薄膜结合较好，膜内组织为多孔结构，孔隙率高，便于反应底物和产物的进出。另外，水接触角实验说明TiO2填料不会引起Nafion膜的表面分子结构的改变。活性评价结果表明，紫外光下10%TiO2/Nafion杂化薄膜的甲基橙降解率最高，360min时达到96%，经5次循环，甲基橙的降解率仍能保持在63.4%。
3)以P-25为原料，分别在NaOH和H2O2-NH3的水溶液反应体系内进行二次合成处理，制得锐钛矿相的带状uc-TiO2及c-TiO2。将其作为载体，采用溶剂热法制得系列BiOI/TiO2异质结构光催化材料。活性评价结果显示，BiOI/TiO2的光量子效率较TiO2显著提高，其中BiOI/TiO2(1:1)光催化效果最佳，在可见光下照射360min甲基橙降解率为87.9%。
4)采用高分子聚合的方法，将上述的BiOI/TiO2(1:1)封装于Nafion薄膜中，制备出不同封装量的BiOI/TiO2@Nafion杂化薄膜。表征结果显示，带状的BiOI/TiO2二元复合物以团簇形状镶嵌于膜空腔内，封装效果良好；水接触角测试表明，较大尺寸BiOI/TiO2的嵌入引起Nafion膜外表面极性的增强，改善了其与极性反应基质的相亲性。光催化活性实验证明，5%BiOI/TiO2@Nafion杂化薄膜保持了BiOI/TiO2的高光催化降解率，同时可多次循环利用。
5)以钛酸四丁酯、乙醇、浓硫酸和去离子水为反应体系，采用溶剂热法合成出具有分级结构的TiO2多孔微球。在碱蚀处理和400℃焙烧后，该微球的初级结构由纳米粒子转变为纳米管和/或纳米棒。以HTM400为载体，用溶剂热法制备出不同负载量的BiOI/HTM复合光催化剂。在可见光下，BiOI/HTM(1:1)展示出最高光催化活性，反应360min，甲基橙的降解率达93.1%。
6)用Nafion液对BiOI/HTM(1:1)实施聚合封装。表征结果显示，BiOI/HTM均匀地分散于Nafion膜中，成膜质量好。光催化活性的评价显示，5%BiOI/HTM@Nafion杂化薄膜催化剂活性最好，反应360min，甲基橙的降解率高达97.9%，循环使用5次，甲基橙的降解率仍能保持在58.2%。
1)以钛酸四丁酯为钛源，无水乙醇为溶剂，盐酸为催化剂，采用溶胶-凝胶法，在40℃下制备出系列TiO2纳米晶溶胶。
2)选用Nafion溶液作为封装试剂，对自制的TiO2纳米晶溶胶（pH=1.88）实施聚合封装，制备出质量分数不同的TiO2/Nafion杂化薄膜。表征结果显示，锐钛矿相的TiO2纳米晶在薄膜中分散均匀，与薄膜结合较好，膜内组织为多孔结构，孔隙率高，便于反应底物和产物的进出。另外，水接触角实验说明TiO2填料不会引起Nafion膜的表面分子结构的改变。活性评价结果表明，紫外光下10%TiO2/Nafion杂化薄膜的甲基橙降解率最高，360min时达到96%，经5次循环，甲基橙的降解率仍能保持在63.4%。
3)以P-25为原料，分别在NaOH和H2O2-NH3的水溶液反应体系内进行二次合成处理，制得锐钛矿相的带状uc-TiO2及c-TiO2。将其作为载体，采用溶剂热法制得系列BiOI/TiO2异质结构光催化材料。活性评价结果显示，BiOI/TiO2的光量子效率较TiO2显著提高，其中BiOI/TiO2(1:1)光催化效果最佳，在可见光下照射360min甲基橙降解率为87.9%。
4)采用高分子聚合的方法，将上述的BiOI/TiO2(1:1)封装于Nafion薄膜中，制备出不同封装量的BiOI/TiO2@Nafion杂化薄膜。表征结果显示，带状的BiOI/TiO2二元复合物以团簇形状镶嵌于膜空腔内，封装效果良好；水接触角测试表明，较大尺寸BiOI/TiO2的嵌入引起Nafion膜外表面极性的增强，改善了其与极性反应基质的相亲性。光催化活性实验证明，5%BiOI/TiO2@Nafion杂化薄膜保持了BiOI/TiO2的高光催化降解率，同时可多次循环利用。
5)以钛酸四丁酯、乙醇、浓硫酸和去离子水为反应体系，采用溶剂热法合成出具有分级结构的TiO2多孔微球。在碱蚀处理和400℃焙烧后，该微球的初级结构由纳米粒子转变为纳米管和/或纳米棒。以HTM400为载体，用溶剂热法制备出不同负载量的BiOI/HTM复合光催化剂。在可见光下，BiOI/HTM(1:1)展示出最高光催化活性，反应360min，甲基橙的降解率达93.1%。
6)用Nafion液对BiOI/HTM(1:1)实施聚合封装。表征结果显示，BiOI/HTM均匀地分散于Nafion膜中，成膜质量好。光催化活性的评价显示，5%BiOI/HTM@Nafion杂化薄膜催化剂活性最好，反应360min，甲基橙的降解率高达97.9%，循环使用5次，甲基橙的降解率仍能保持在58.2%。