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聚苯乙烯微球因其容易制备和去除而被广泛应用作模板来制备无机微/纳结构材料。一般有两种应用方式,一是将微球组装成为胶体晶体用以制备有序多孔薄膜,二是以单个球为模板用以制备空心球结构。本文即以光化学合成技术为基础,以光催化活性为目的,以聚苯乙烯微球为模板构筑了SnO2微/纳结构,包括SnO2有序多孔薄膜和SnO2空心球结构,并系统的研究了其光催化性能。进一步,为了改善聚苯乙烯表面无功能基团的特点,采用光引发聚合的方式构筑了苯乙烯-甲基丙烯酸共聚微球。论文取得的主要实验结果分以下三个部分:
1以聚苯乙烯微球组成的单层胶体晶体为模板,SnSO4为锡源,以质量分数3%的硫酸为介质,利用光化学法在气-液界面成功构筑了大孔SnO2有序多孔薄膜。SEM分析表明其形貌可以通过聚苯乙烯微球来控制。利用8W的低功率紫外灯,对SnO2有序多孔薄膜的光催化性能进行了表征。结果表明,光化学法合成的SnO2有序多孔薄膜在低功率紫外灯下对多种常见的有机染料都有非常良好的光催化降解效果,对于甲基橙,亚甲基蓝,罗丹明B,曙红B的光降解性能都有达到90%以上,特别是对于罗丹明B,曙红B的降解效率在30min可以达到80%以上;对于不同孔径的SnO2有序多孔薄膜,孔径越小,光催化活性越高,主要是因为孔径的减小提高了薄膜的比表面积,直径为0.2μm微球制备的多孔薄膜4h的对甲基橙的降解率可以达到94.24%,而直径为2μm微球制备多孔薄膜4h的降解率只有77.68%;延长反应时间能有效提高SnO2有序多孔薄膜的光催化性能,但是反应时间超过6h后影响不大;当把SnO2有序多孔薄膜放在目标降解液内部的时候,降解效率大大降低,因为在液体内部光强很弱。
2以聚苯乙烯微球为模板,SnSO4为锡源,以质量分数3%的硫酸为介质,利用光化学法在溶液内部成功地构筑了SnO2空心微球。SEM表明该空心微球尺寸基本规整且由聚苯乙烯微球的尺寸控制。该法制得的SnO2空心微球在可见光下对甲基橙的降解率在80min可以达到90%,改善了大部分光催化剂在可见光下光催化性能差的缺点。
3以偶氮二异丁腈(AIBN)为光引发剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂,异丙醇-水混合物为反应介质,采用8W的紫外灯作为引发光源,制备了聚苯乙烯-甲基丙烯酸共聚微球,并且通过FT-IR,DSC的表征,证明了微球已被羧基功能化。进一步探讨了不同溶剂,引发剂用量,稳定剂用量对制备的P(St-co-MAA)尺寸的影响。