3D打印ABS/TPU/CaSiO3骨架水热法生长ZnO复合材料的制备及性能研究

来源 :福建师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ppasu
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
环境污染问题已经成为了影响人类生命和健康的全球性问题。ZnO是一种高光敏性、高稳定性、低毒性、合成简便和价格便宜的光催化剂,曾有大量文献报道其对于降解废水中的有机污染物具有良好的效果,但是在实际应用中纳米ZnO一般为粉末状,使用后回收困难且成本高。基于此,我们尝试将纳米ZnO粉末负载在3D打印的高分子骨架上以实现其固定化。与其他光敏性高的光催化剂相比,ZnO的合成温度低,不需要高温煅烧,能够满足大部分塑料高分子的使用条件。因此本文将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、热塑性聚氨酯(TPU)和硅酸钙(CaSiO3)熔融共混,制备ABS/TPU/CaSiO3复合线材,熔融沉积成型(FDM)制得ABS/TPU/CaSiO33D打印ATC骨架再通过水热法原位生长ZnO,得到了ZnO-ABS/TPU/CaSiO3(ZnO-ATC)复合材料,实现了ZnO在3D骨架上的固定化。接着以罗丹明B(Rh B)为目标污染物,研究ZnO-ATC复合材料光催化-吸附协同去除Rh B的能力,并深入研究其去除机理。研究工作主要包括以下几个部分:首先,通过熔融共混技术制备了ABS/TPU/CaSiO33D打印线材,FDM成型后通过水热生长法制得ZnO-ATC复合材料,其中CaSiO3的引入为ZnO的生长提供了活性位点,且为骨架带来了一定的吸附能力,通过XRD、SEM、TEM、XPS和BET等实验对ZnO-ATC复合材料进行表征,同时测试该材料对Rh B(50 mg/L)的吸附与光催性能。结果表明:ZnO成功负载于ATC骨架表面。在黑暗条件下,ZnO-ATC对Rh B的吸附率,在8 h时为75.78%;而在紫外灯照射下,ZnO-ATC光催化-吸附协同作用下对Rh B的去除率8 h达到93.12%,5次循环试验后去除率仍保持在85.73%以上,体现了材料对染料优异的去除性能和循环稳定性。其次,通过改变水热反应过程中柠檬酸(络合剂)的用量来调控生长在3D打印ATC骨架表面ZnO形貌(棒、片、花、球等),并分别测试其对Rh B的去除性能。当柠檬酸添加量为0.8 g、且ZnO形貌为球状时,ZnO-ATC复合材料对Rh B的去除性能最优,紫外光光照5 h下对Rh B的去除率达到98.44%,说明该条件下制得的ZnO-ATC材料对染料具有良好的光催化-吸附协同去除性能。最后,通过引入窄带隙γ-Fe2O3将材料的光响应范围拓展到可见光波段,合成不同Zn/Fe比的γ-Fe2O3/ZnO-ATC复合材料,测试其对Rh B的去除性能。当n(Zn):n(Fe)=150:1时,复合材料在氙灯模拟的太阳光下对Rh B的去除性能最优,3 h可达到98.21%,且经过5次重复使用后仍能保持较好的性能,说明复合材料具有良好的可见光光催化降解能力和循环使用性能。
其他文献
光催化或光电催化分解水制氢,是一种替代性的利用太阳能的方法。α-Fe2O3具有合适的带隙(~2.1 e V),含量丰富,稳定,成本低,是一种特别的光阳极材料。但由于自身导电性差,空穴扩散距离短,电子与空穴易复合,缓慢的产氧反应等因素降低了它的光电性能。因此需要通过提高光吸收、促进电荷分离、加快表面反应来提高其光电性能。首先利用水热法在泡沫镍基底上生长出三维纳米花状的α-Fe2O3,纳米花由纳米片组
学位
部分组合框架(PEC框架)-钢板剪力墙是一种新型的双重抗侧力结构体系,PEC框架和内嵌钢板协同工作性能良好,使得该结构具有稳定的滞回性能。《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》(T/CECS 719-2020)将部分组合结构梁柱节点划分为刚接和铰接两种形式。梁柱刚接节点通常采用全焊连接或栓焊混合连接形式。穿芯螺栓端板节点作为一种半刚性节点,其受力性能介于刚接和铰接之间,具有节点连接刚度大、便于安装
学位
水溶性的金属有机配位大环、配位笼因具有疏水的配位空腔,在主客体识别、催化化学反应、传递药物分子等方面具有潜在的应用前景。通过采用合适的配位单元,不仅制备了一系列柔性的、水溶性的金属有机配位大环和金属有机配位笼,还在合适外界刺激如抗衡阴离子、客体分子的诱导下实现了它们的可控转变。本论文包括以下四个部分:绪论部分,简要介绍了水溶性金属有机配位大环和金属有机配位笼的合成策略与性能研究。第一章,利用线性的
学位
水凝胶因良好的亲水性、柔韧性和生物相容性等特性,使其在农业、医药、传感器、食品、仿真皮肤、隐形眼镜等领域具有广泛的应用。相比于单交联网络水凝胶,双交联网络水凝胶内部具有更独特的交联网络结构、更多元的网络纠缠性,力学性能更好。天然高分子壳聚糖因其良好的生物相容性、抗菌性和无毒性等优点,被广泛用作生物材料。本论文利用酸碱相互作用的机理,将壳聚糖溶解于丙烯酸溶液,制备了壳聚糖/丙烯酸(3CS/7AA)溶
学位
能源消耗的增加、化石资源的减少和环境问题对可再生能源的研发提出了严峻挑战。近年来,由于生物催化方法具有高效性、温和性等诸多优点,目前已成为该研究领域的热点之一。由于酶和仿生催化剂不仅属于生物催化剂,而且是未来理想的工业催化剂模板。为此,人们已相继发现了一系列具有高效催化活性的蛋白酶,并设计了多种仿生催化剂。理解这类酶与仿生催化剂的催化反应机理,可以对这一类催化剂的改造和利用提供理论指导。本文通过两
学位
稀土(Rare earth,简称RE)是重要的战略资源,新型稀土清洁生产技术的研发已引起广泛关注。目前包头混合稀土矿冶炼分解主要采用“第三代硫酸冶炼工艺”,包头矿水浸液中的硫酸稀土转型富集的方法主要有:(1)有机磷酸和环烷酸溶剂萃取法;通常为了提高萃取效率需要将萃取剂皂化,这样会产生皂化废水;并且萃取过程需要使用大量的挥发性有机溶剂。(2)碳酸氢铵沉淀法,需要消耗大量的碳酸氢铵并产生氨氮废水。除此
学位
地球面临的温室效应主要影响因素之一是大气中二氧化碳浓度的逐年增加,极大地影响着气候和自然生态的平衡。因此,通过清洁、经济的化学方法将二氧化碳转化为可再生燃料已经成为科学家们非常关注的问题。电催化二氧化碳转化是一种很有前景的碳循环途径。其利用可再生电力驱动二氧化碳电化学还原得到的高附加值化学燃料不仅可以解决二氧化碳的过度排放,还可以对间歇电能直接转换成化学能,控制碳平衡,优化能源消费结构等具有重要意
学位
聚对二氧环己酮(PPDO)具有良好的生物相容性与可降解性,在生物医用材料方面应用广泛。为了改善其疏水性与结晶性能,常与聚乳酸(PLA)共混。本论文采用相分离法制备了SiO2@PS基Janus粒子(JPs)和二氧化硅基Janus纳米片(JNSs)。比较了三种具有不同亲水亲油平衡值(HLB)的JPs粒子及具有更高比表面积的JNSs对PPDO/PLA复合材料的增容作用。1.通过调节聚苯乙烯(PS)端的表
学位
YAG:Ce基白光发光二极管(WLED)由于缺乏红光发射,导致其显色指数(CRI)低、相关色温(CCT)高,从而使其广泛应用受到挑战。有机-无机杂化钙钛矿量子点(MAPb X3 QDs,X=Cl、Br、I或它们的混合物)具有高光致发光量子产率、可调谐发射颜色和简单合成工艺,已被公认为用于暖白光LED中有前途的红光发射元件。然而,有机无机钙钛矿量子点的环境稳定性较差,因此需要额外的保护工艺,这使得W
学位
随着有机合成方法学的不断发展,通过可见光诱导脱芳构化的策略来构筑螺环化合物正逐步成为有机化学的研究焦点。本论文第一部分描述了通过可见光催化脱芳构化的途径,实现了惰性芳烃萘环及其衍生物分子内的螺环化氢芳基化反应。该反应利用有机光氧化还原催化剂三(2,2’-联吡啶)二氯化钌作为光催化剂,有机胺N,N-二异丙基乙胺作为还原剂,绿色环保的水和乙腈作为反应溶剂。该反应条件温和,底物普适性较广,为结构复杂的螺
学位