负载半导体光催化剂复合纳米纤维膜的制备及其性能研究

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随着纺织工业的快速发展和染料在染整过程中的大量使用,由纺织染料排放产生的水污染问题已严重影响地球水资源及人类健康,科学处理有色染料污染物迫在眉睫。光催化法是一种高效且环保的降解染料的途径,其中半导体光催化剂催化活性高、无毒、绿色环保,被广泛应用于光催化降解染料废水。本文采用静电纺丝技术、水热合成法和表面浸渍法,将半导体的光催化特性与纳米纤维膜的纳米效应结合,即以聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜为基底,负载半导体材料二硫化钼(MoS2)和二氧化钛(TiO2),制备具有光催化性能的复合纳米纤维膜,并将其应用于有机染料罗丹明B的降解。完成的具体工作如下:首先,制备了多孔PAN纳米纤维膜。采用静电纺丝技术制备PAN/聚乙二醇(PEG)复合纳米纤维膜,探讨了不同PEG分子量和浓度对纤维形貌的影响。将不同PEG分子量的PAN/PEG纤维膜经去离子水处理除去其中水溶性组分PEG,获得了多孔PAN纤维,当PEG分子量为4000时,PEG/PAN纤维膜处理后得到的孔径效果最好。接着,以孔径效果最好的多孔PAN纤维膜为载体,通过表面浸渍法制备了负载MoS2的复合纳米纤维膜。采用水热合成法制备MoS2,研究不同水热时间和温度对MoS2形貌与结构的影响。结果表明:220℃、24h水热条件下合成的MoS2形貌最均匀、热稳定性也最好,将其负载在多孔PAN纳米纤维膜上,应用于光催化降解罗丹明B溶液,降解时长为5h,最终降解率达到了 93.1%。然后,对上述以两步法制备复合纤维膜进行改进,直接将MoS2粉末添加在不同浓度PAN溶液中,经静电纺丝制备PAN/MoS2复合纳米纤维膜,并对其进行SEM、TEM、FTIR和XRD表征,最终证明MoS2成功负载在PAN纤维上。将不同浓度的PAN/MoS2纤维膜对罗丹明B溶液进行光催化降解,发现9%的PAN/MoS2纤维膜的光催化效果最好,降解率达到89.8%。最后,采用水热合成法在PAN/MoS2纤维表面生长TiO2,制备了负载MoS2和TiO2的复合纳米纤维膜。研究不同水热体系对TiO2形貌和结构的影响,并将各复合纤维膜对罗丹明B溶液进行光催化降解。结果表明:120℃、8h、1MHCl的水热体系中制备的复合纤维膜形貌最好,TiO2负载量最多,其光催化效果也最好,降解率为93.2%,重复3次降解罗丹明B,其降解率仍保持在90%以上。
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