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导电聚合物修饰的光催化剂

作　者: 姚权桐
导　师: 马红超
学　校: 大连工业大学
专　业: 环境科学
关键词: 氧化锌 氧化钛 聚苯胺 光催化 活性艳蓝
分类号: TQ426
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


环境、能源、材料是二十一世纪的三大主题，光催化技术正是与其关联最紧密的领域之一。光催化剂是决定光催化过程能否实际应用的关键因素之一。如何提高光生载流子的分离效率，实现光催化剂对可见光的响应，开拓光催化剂更广泛的应用领域，是研究者主要思考的一些问题。1977年问世的导电聚合物由于具有新颖的物理、化学性能和广阔的应用前景而受到了物理学、化学和材料科学家的高度关注，尤其导电聚合物除了稳定性外，还具有半导体的能带结构和对可见光及红外光的良好的吸收性能。所以，近几年导电聚合物/半导体纳米复合材料就成了材料科学的研究热点。本论文以沉淀法、水热法分别获得ZnO、TiO2两种光催化剂的纳米粉体。采用PAN对上述ZnO、TiO2纳米粉体进行修饰，分别得到了PAN/ZnO、PAN/TiO2复合光催化剂。此外，以PAN为载体，制备了负载型TiO2/PAN光催化剂。利用XRD、FT-IR、DRS、UV-Vis、TEM等技术对复合催化剂进行了全面的研究。选择活性艳蓝溶液作为模拟废水，考察了光催化剂对染料废水的降解能力，并以能带理论为基础，探讨了导电聚合物对纳米半导体的光敏化机理。主要研究结果如下：1．基于PAN/ZnO复合光催化剂的性能的研究：通过原位聚合法制备了PAN/ZnO纳米复合材料，通过FT-IR、UV-Vis光谱探讨了复合材料的光吸收性能。结果发现，与纯ZnO相比，PAN/ZnO复合光催化剂的红外光谱略向低波数方向红移。采用活性艳蓝溶液作为催化模型，对复合材料光催化性能进行了检测，并与相同条件下纳米氧化锌的光催化性能进行了比对分析。结果表明，该复合光催化剂在紫外灯作用下对活性艳蓝催化降解3h后，活性艳蓝的降解率为26.92%，纯氧化锌光催化降率为23.53%。太阳光照射下降解率分别为12%和6.9%。复合光催化剂的光催化性能都有较大程度的提高。2．基于PAN/TiO2复合光催化剂的性能的研究：通过原位聚合法制备了PAN/TiO2纳米复合材料，UV-Vis吸收光谱发现，照比单一体纳米光催化剂TiO2的UV-Vis吸收光谱，复合纳米光催化剂吸收光谱发生了明显的红移。通过对模拟活性艳蓝的降解实验发现，紫外光照射下降解3h后，活性艳蓝的降解率为40.66%，太阳光照射下降解率分别为18.1%。复合催化剂具有更高的光催化活性。3．基于TiO2/PAN复合光催化剂的性能的研究：通过原位聚合法制备了TiO2/PAN纳米复合材料，UV-Vis吸收光谱发现，照比单一体纳米光催化剂TiO2的UV-Vis吸收光谱，复合纳米光催化剂吸收光谱发生了明显的红移。对通过对模拟活性艳蓝的降解实验发现，紫外光照射下降解3h后，活性艳蓝的降解率为30%，太阳光照射下降解率分别为20.45%。复合催化剂具有更高的光催化活性。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-33
  1.1 光催化剂制备及光催化剂催化活性的研究进展  12-26
    1.1.1 半导体光催化反应机理  13-15
    1.1.2 半导体的光催化活性影响因素  15-19
      1.1.2.1 晶体因素的影响  15-17
      1.1.2.2 催化剂投加量的影响  17-18
      1.1.2.3 溶液 pH 值的影响  18
      1.1.2.4 反应温度的影响  18
      1.1.2.5 光源和光照强度影响  18
      1.1.2.6 污染物吸附性能影响  18-19
    1.1.3 提高半导体光催化反应活性的途径  19-23
      1.1.3.1 贵金属沉积  19-20
      1.1.3.2 离子掺杂  20-21
      1.1.3.3 复合半导体  21
      1.1.3.4 表面光敏化  21-22
      1.1.3.5 表面还原处理  22
      1.1.3.6 半导体表面螯合和衍生作用  22-23
      1.1.3.7 表面超强酸化  23
    1.1.4 光催化技术的应用  23-26
      1.1.4.1 光催化分解水制氢  23-24
      1.1.4.2 光催化自洁净功能  24
      1.1.4.3 光催化抗菌/杀菌作用  24-25
      1.1.4.4 光催化污染物降解  25-26
      1.1.4.5 光催化合成反应  26
  1.2 导电聚合物/纳米半导体复合材料催化应用研究进展  26-31
    1.2.1 导电聚合物的概述  26-27
    1.2.2 聚苯胺的概述  27-28
    1.2.3 聚苯胺/半导体复合光催化剂的研究进展  28-29
    1.2.4 聚苯胺/纳米半导体光催化剂的制备  29-31
      1.2.4.1 原位聚合法  29
      1.2.4.2 电化学聚合法  29-30
      1.2.4.3 溶胶—凝胶法  30
      1.2.4.4 共混法  30-31
      1.2.4.5 其它方法  31
  1.3 课题提出的意义与设计  31-33
第二章 试剂与仪器  33-39
  2.1 试剂与药品  33-34
  2.2 基本仪器  34
  2.3 表征手段  34-35
    2.3.1 X 射线衍射谱分析(XRD)  34
    2.3.2 红外光谱分析(IR)  34-35
    2.3.3 紫外光谱分析(UV-Vis)  35
    2.3.4 表面形貌表征(TEM)  35
    2.3.5 染料溶液吸光度测量  35
  2.4 光催化实验条件  35-36
    2.4.1 紫外光催化实验  36
    2.4.2 可见光催化实验  36
  2.5 实验样品参数的测定  36-38
    2.5.1 活性艳蓝的分子结构  36-37
    2.5.2 活性艳蓝最大吸收波长测定  37
    2.5.3 活性艳蓝溶液工作曲线测定  37-38
  2.6 产品的光催化活性测试  38-39
第三章 PAN/ZnO 复合光催化剂的制备及其光催化性能研究  39-49
  3.1 引言  39
  3.2 纳米 ZnO 的制备  39-40
  3.3 聚合物 PAN 的制备  40
  3.4 复合光催化剂 PAN/ZnO 的制备  40
  3.5 复合光催化剂 PAN/ZnO 的表征  40-44
    3.5.1 X-射线粉末衍射(XRD)  40-41
    3.5.2 红外光谱(IR)  41-43
    3.5.3 紫外漫反射光谱(DRS)  43
    3.5.4 透射电镜(TEM)  43-44
  3.6 PAN/ZnO 复合光催化剂的光催化活性  44-47
    3.6.1 紫外光辐照下产品的催化性能  44-45
    3.6.2 太阳光辐照下产品的催化性能  45-46
    3.6.3 不同光催化剂用量对反应的影响  46
    3.6.4 不同浓度活性艳蓝的降解  46-47
    3.6.5 光催化剂的重复性  47
  本章小结  47-49
第四章 PAN/TiO_2复合光催化剂的制备及其光催化性能研究  49-58
  4.1 引言  49
  4.2 TiO_2纳米光催化剂的制备  49
  4.3 PAN 的合成  49-50
  4.4 PAN/TiO_2复合光催化剂的制备  50
  4.5 PAN/TiO_2复合光催化剂的表征  50-54
    4.5.1 X-射线粉末衍射(XRD)  50-51
    4.5.2 红外光谱(IR)  51-52
    4.5.3 紫外漫反射光谱(DRS)  52-53
    4.5.4 透射电镜(TEM)  53-54
  4.6 PAN/TiO_2复合光催化剂的光催化活性  54-57
    4.6.1 紫外光辐照下产品的催化性能  54-55
    4.6.2 太阳光辐照下产品的催化性能  55
    4.6.3 不同光催化剂用量对反应的影响  55-56
    4.6.4 不同浓度活性艳蓝的降解  56-57
    4.6.5 不同溶液 PH 值对反应的影响  57
  本章小结  57-58
第五章 TiO_2/PAN 复合光催化剂的制备及其光催化性能研究  58-67
  5.1 引言  58
  5.2 PAN 的合成  58
  5.3 TiO_2光催化剂的制备  58-59
  5.4 TiO_2/PAN 复合光催化剂的制备  59
  5.5 TiO_2/PAN 复合光催化剂的表征  59-63
    5.5.1 X-射线粉末衍射(XRD)  59-60
    5.5.2 红外光谱(IR)  60-61
    5.5.3 紫外漫反射光谱(DRS)  61-62
    5.5.4 透射电镜(TEM)  62-63
  5.6 TiO_2/PAN 复合光催化剂的光催化活性  63-66
    5.6.1 紫外光照射下催化剂的催化性能  63
    5.6.2 太阳光照射下催化剂的催化性能  63-64
    5.6.3 不同催化剂用量对反应的影响  64-65
    5.6.4 不同浓度的活性艳蓝溶液对反应的影响  65
    5.6.5 不同 PH 值的活性艳蓝溶液对反应的影响  65-66
  本章小结  66-67
第六章 结论与展望  67-69
参考文献  69-77
攻读硕士研究生期间论文发表情况  77-78
致谢  78

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 试剂与纯化学品的生产 > 催化剂（触媒）
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