聚苯胺-二氧化鈦復(fù)合材料制備及其光催化性能研究.pdf

1、隨著環(huán)境污染加劇，人類的生存和健康發(fā)展正經(jīng)受著巨大的威脅和考驗(yàn)。當(dāng)下，人們?cè)絹?lái)越清楚的認(rèn)識(shí)到保護(hù)環(huán)境，治理污染的重要性。二氧化鈦(TiO2)由于其具有優(yōu)良的光催化性能、性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)毒害等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于降解污染物的研究。在紫外光照下，TiO2能將環(huán)境中的有機(jī)污染物降解為CO2和H2O。納米TiO2因其更大的比表面積和量子效應(yīng)而表現(xiàn)出較高的光催化活性。然而，光生電子和空穴復(fù)合率高，光能利用率低仍是限制TiO2工業(yè)化應(yīng)用的主要問(wèn)題。導(dǎo)電聚

2、苯胺(PANI)由于其成本低廉、合成簡(jiǎn)單，性質(zhì)穩(wěn)定以及出色的導(dǎo)電性等特點(diǎn)，被廣泛用于各種復(fù)合材料的制備。離子液體被稱為“綠色溶劑”，將其用于制備TiO2，其低表面張力可以提高材料成核率，在液體中形成氫鍵，易形成組織良好、有序的納米結(jié)構(gòu)并改善材料物理化學(xué)性能。
　　本文首先以原位聚合法制備PANI/TiO2復(fù)合物，利用PANI的導(dǎo)電性及時(shí)傳輸電子，降低光生電子-空穴復(fù)合率，提高復(fù)合物光催化能力，同時(shí)賦予復(fù)合物對(duì)陰離子染料的選擇性吸附

3、能力。在離子液體1-丁基3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([BMIm][BF4])協(xié)助下，通過(guò)溶膠-凝膠法制備PANI/TiO2復(fù)合物，最后再通過(guò)無(wú)氧煅燒得到TiO2/C復(fù)合物。通過(guò)碳對(duì)TiO2的改性和修飾實(shí)現(xiàn)TiO2光催化性能的提升，同時(shí)將吸附能力賦予復(fù)合物。通過(guò)研究不同條件下制備的復(fù)合物對(duì)染料的吸附與光催化效果，確定了TiO2用量、氧化劑用量、煅燒溫度等制備因素的最佳參數(shù)。通過(guò)掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、傅里葉變換紅外光譜(FT

4、IR)等表征手段研究了復(fù)合物的形貌結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，結(jié)合光催化原理，推導(dǎo)并闡述了TiO2/C復(fù)合物優(yōu)異光催化性能的原因，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，最終取得以下研究成果:
　　(1)用原位聚合法制備PANI/TiO2，制備復(fù)合物的最佳條件為:1mLAn，9.0 gTiO2，n(An)∶n(APS)=1∶1，n(An)∶n(HCl)=1∶1.5，聚合溫度為0℃，不加表面活性劑。
　　(2) PANI/TiO2復(fù)合物中，TiO2與PANI以交聯(lián)形

5、式形成多片層結(jié)構(gòu)，TiO2納米顆粒較均勻分布于PANI薄片層內(nèi)。PANI和TiO2的復(fù)合不改變兩者原有的結(jié)構(gòu)，只通過(guò)相互作用使化學(xué)鍵特征峰偏移，TiO2結(jié)晶度略提高。由于導(dǎo)電PANI能及時(shí)傳輸光生電子，降低電子和空穴的復(fù)合率，同時(shí)導(dǎo)電PANI的引入能很好的緩解納米TiO2的團(tuán)聚，因此，PANI/TiO2在紫外光下的光催化能力較純TiO2有較大提高。
　　(3)首次在離子液體[BMIm][BF4]的協(xié)助下，利用溶膠-凝膠法同步合成T