【摘 要】
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随着人们对环境污染问题,尤其是水污染问题的关注,如何利用具有节能环保效果的新兴光催化技术,解决水中污染物的方法,正成为研究热点。特别是我国作为大的发展中国家,染料的使用范围广,生产分散,污水处理技术落后,研究新的污水处理技术刻不容缓。氧化铋(Bi2O3)基复合材料作为绿色环保的具有光催化降解效果的材料备受关注,但传统方法制备出的Bi2O3具有结构稳定性差、易团聚的特性,限制了其在光催化领域的应用。
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随着人们对环境污染问题,尤其是水污染问题的关注,如何利用具有节能环保效果的新兴光催化技术,解决水中污染物的方法,正成为研究热点。特别是我国作为大的发展中国家,染料的使用范围广,生产分散,污水处理技术落后,研究新的污水处理技术刻不容缓。氧化铋(Bi2O3)基复合材料作为绿色环保的具有光催化降解效果的材料备受关注,但传统方法制备出的Bi2O3具有结构稳定性差、易团聚的特性,限制了其在光催化领域的应用。所以寻找出一种具有合成工艺简单、生产成本低廉,同时又具有粒径尺寸小、单体分散性好、产品纯度高的纳米氧化铋材料的制备方法,拥有重要的理论和实际意义。(1)SiO2负载PHEMA基氧化铋纳米复合材料的制备与光催化性能。在本章中,使用St(?)ber方法合成尺寸均匀的硅球载体。用3-氨基丙基三甲氧基硅烷和2-溴丙酰溴作为原子转移自由基聚合(ATRP)引发剂处理硅球载体的表面,并通过ATRP接枝聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)。硝酸铋用作铋源与PHEMA形成聚合物-金属配合物。利用硼氢化钠的强还原性将复合材料中的铋离子还原为金属铋,然后在空气气氛中于450℃氧化复合材料表面的金属铋,得到无机有机金属氧化物复合材料。通过各种测量表征了氧化铋复合物的形貌,元素组成,热稳定性和氧化速率。通过在氙气灯照射下罗丹明B(Rh B)染料的降解来评估制备的纳米复合材料的光催化活性。结果表明:所制备出的Bi2O3复合材料拥有良好的热稳定性能。煅烧后得到的氧化铋的晶型为β型,并以纳米粒子的形式均匀地覆盖SiO2的表面,从而大大提高了氧化铋的分散性。当溶液的p H值为4时,Rh B的降解率在3小时内达到80.7%,在4小时内达到97.9%,比纯氧化铋4小时的降解效率提高了24.2%。通过使用该方法,在不改变氧化铋的化学性质的情况下,利用改变纳米复合材料的整体结构,可以获得具有高光催化活性的氧化铋复合材料。(2)Ti O2负载PHEMA基氧化铋纳米复合材料的制备与光催化性能。为了进一步提升Bi2O3复合材料的光催化活性,选择将SiO2载体更换为本身具备一定光催化性能的Ti O2。通过溶剂蒸发法制备出Ti O2微球,经过400℃煅烧后获得锐钛矿型Ti O2载体。以3-氨基丙基三甲氧基硅烷和2-溴丙酰溴为原子转移自由基聚合引发剂(ATRP),对Ti O2载体表面进行处理,并以ATRP接枝聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)。硝酸铋与PHEMA形成了一种聚合物-金属复合物。用硼氢化钠的强还原性将复合材料中的铋离子还原为金属铋,在空气气氛中450℃下对复合材料表面的金属铋进行氧化处理,得到了无机有机金属氧化物复合材料,并对其形貌,热稳定性,吸附性和光催化性进行研究。研究结果表明:Ti O2-PHEMA-Bi2O3的吸附性能比SiO2-PHEMA-Bi2O3提高了7.9%。在氙灯照射3小时后,对Rh B的脱除率达到了91.7%,在4小时后达到了98.5%。说明了,将载体更换为Ti O2确实对Bi2O3复合材料的光催化性能进行了提升。(3)GO负载PHEMA基氧化铋纳米复合材料的制备与光催化性能。为了进一步提升复合材料整体的光催化性能,以及吸附性能。决定引入具有强力吸附性能的氧化石墨烯(GO)。将单层氧化石墨烯分散液与前文制备的SiO2和Ti O2负载的Bi2O3复合材料进行混合沉淀,使Bi2O3复合材料负载在GO上。通过GO与Bi2O3复合材料的结合,从而提升材料整体的吸附性能,其中GO的含量为1.5%。并通过SEM和EDS确定和合成产物的形貌和元素组成。利用TG和紫外-可见漫反射图谱确定了材料整体的热稳定性能和可见光反射能力,并与和GO结合前的复合材料进行对比。并最终对其吸附能力和光催化性能进行了研究。研究结果表明:引入GO大大增加了复合物的吸附性能,SiO2-PHEMA-Bi2O3和Ti O2-PHEMA-Bi2O3在引入GO后,吸附性能提高了15.1%和7.9%。GO/Ti O2-PHEMA-Bi2O3在经过3小时光催化后,对Rh B的降解效率就达到了97.6%,4小时后,达到了98.3%。并且同样具有良好的循环利用性能。说明GO的引入对复合材料的光催化性能和吸附性能都具有明显的提升。
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