锰/铜氧化物和导电聚合物共负载纸的制备与性能研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:pankun001
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本文以纤维素纤维(CFs)为基材,采用两步原位合成法将二氧化锰(MnO2)与导电聚合物(CPs)、氧化亚铜(Cu2O)与CPs先后负载于纤维素纤维上,制备功能型复合纸。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶转换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)对材料进行表征,证明PANI/MnO2@CFs、PPy/MnO2@CFs、Cu2O/PANI@CFs和PPy/Cu2O@CFs几种复合纸的成功制备。
  导电聚合物(聚苯胺和聚吡咯)与锰/铜氧化物(二氧化锰和氧化亚铜)被先后原位负载于纤维素纤维上,制备具有去除甲醛性能的复合纸。改变苯胺或吡咯单体的加入量,探究复合纸甲醛去除性能差异。结果表明,PANI/MnO2@CFs、PPy/MnO2@CFs两种复合纸在甲醛去除过程中,催化氧化反应与光催化反应同时进行,去除甲醛效果显著。常温、常压、可见光条件下,催化反应4h,两种复合纸甲醛去除率均随苯胺或吡咯单体加入量的增加呈先增加后降低的趋势。当苯胺的加入量为1 mL,吡咯的加入量为1.5 mL时,PANI/MnO2@CFs和PPy/MnO2@CFs复合纸甲醛去除率达到最大分别为96.6%和76.30%。
  聚苯胺与氧化亚铜被原位负载于纤维素纤维上制备具有去除甲醛性能的复合纸。通过改变苯胺单体或硫酸铜用量,探究复合纸甲醛去除性能差异。结果显示,固定苯胺单体用量为1 mL,以硫酸铜用量为变量时,相同条件下,催化反应4h,Cu2O/PANI@CFs复合纸甲醛去除率随硫酸铜用量的增加呈现先升高后降低趋势。当硫酸铜用量为4 g时,甲醛去除率达到最大82.78%。固定硫酸铜用量为4 g,以苯胺单体用量为变量时,相同条件下,催化反应4h,甲醛去除率也会随苯胺单体用量的增加呈现先升高后降低的趋势,当苯胺用量为1.5 mL时,甲醛去除率达到最大89.42%。
  聚吡咯与氧化亚铜被原位负载于纤维素纤维上制备具有去除甲醛性能的复合纸。改变吡咯或硫酸铜用量,探究复合纸甲醛去除性能差异。结果显示,固定硫酸铜用量为4g,以吡咯单体用量为变量时,相同条件下,催化反应4h,PPy/Cu2O@CFs复合纸甲醛去除率随吡咯单体用量的增加呈现先升高后降低趋势。当吡咯单体加入量为2 mL时,甲醛去除率达到最大86.18%。固定吡咯单体加用量为2 mL,以硫酸铜用量为变量时,相同条件下,催化反应4h,甲醛去除率随硫酸铜用量的增加呈现先升高后降低的趋势。当硫酸铜加入量为4 g时,甲醛去除率达到最大86.47%。
  为了探究聚吡咯与氧化亚铜的复合先后顺序对光催化效果是否有影响,选取催化效率最高的一组原料比例,改变吡咯和硫酸铜加入顺序,制备了Cu2O@PPy/CFs复合纸。在相同条件下,催化反应4h,甲醛去除率为82.02%,与之前的PPy/Cu2O@CFs比较可知,聚吡咯和氧化亚铜的负载顺序对光催化降解甲醛的效果略有影响。
  在甲醛去除实验中,由于MnO2自身具有强氧化性,可以催化氧化空气中的甲醛,导电聚合物的共轭π结构对半导体光催化反应有促进作用,将二氧化锰与导电聚合物复合,催化剂表面催化氧化与光催化反应同时进行,CP/MnO2@CFs复合纸去除甲醛效果更理想。此外,Cu2O与导电聚合物制备的复合纸,具有光催化降解甲醛的性能,还对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有一定的抑制作用,这是CP/MnO2@CFs复合纸所不具备的,因此导电聚合物与Cu2O复合纸在抑菌装饰纸领域拥有巨大潜力。以上实验制备的两种功能性复合纸均符合绿色和环保的新理念,在家装、建筑领域定会有广阔的应用前景。
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