PET负载Cu/TiO2类芬顿体系的制备及其光催化脱色性能研究

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活性染料色谱齐全,工艺简单,成本低廉,常被用于纤维素纤维等其他纤维面料的染色。但其上染过程中易发生水解,导致固色率一般为50%~70%,造成染后水体中存在极高色度的污水,加大了对废水的脱色处理难度。本课题以柔性涤纶织物(PET)为基材,利用化学镀的方法,在PET表面负载Cu/TiO2,结合过氧化氢(H2O2)构建类芬顿体系,用于降解具有代表性的染料活性红M-3BE,为解决废水脱色问题进行有意义的尝试。
  由于涤纶纤维极性低,且表面致密光洁,直接在表面沉积金属和金属氧化物非常困难,本论文提出首先采用原位聚合法在PET织物表面均匀聚合具有还原性的聚多巴胺(PDA-PET)高分子膜,还原经氯化钯(PdCl2)处理的涤纶织物获得具有催化活性的金属钯层,活化后进行Cu/TiO2复合化学镀,得到可重复使用且具有光催化性能的Cu/TiO2复合镀涤纶织物。设计实验观察并表征了该催化体系的形貌特征,验证了其催化活性、催化效能和构效关系。利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、表面元素分析(EDS)、X射线衍射分析(XRD)和热重分析(TG)等测试来表征该Cu/TiO2复合镀涤纶织物的表面形貌、化学元素构成、晶体结构以及热稳定性能。结果表明,PET织物表面被多巴胺成功改性,且成功制备了具有光催化性能的Cu/TiO2复合镀涤纶织物。
  深入探究了化学镀制备过程的优化工艺,有利于取得更好的降解效果。通过工艺优化,获得制备工艺为:使用2g/L的多巴胺在25℃对PET织物进行改性,静置24h后得到表面均匀聚合具有还原性的聚多巴胺(PDA-PET)高分子膜。之后在PdCl2活化浓度为0.6g/L,活化时间为10min,CuSO4·5H2O与TiO2质量比为25:1,复合镀温度为65℃,复合镀时间为10min的条件下,有利于得到高质量的复合镀层。接着,对优化工艺下所得到的Cu/TiO2复合镀涤纶织物进行光催化性能研究。
  为了更好的应用于染料废液的脱色,对标的物染料活性红M-3BE进行光催化脱色降解更好,更有经济效益。研究了Cu/TiO2复合镀涤纶织物结合过氧化氢构建的类芬顿体系对活性红M-3BE染料的光催化脱色降解性能,在紫外光照射下,50ml、0.4g/L染料的降解率在2h内达到88%,4h达到100%。此外,还考察了过氧化氢(H2O2)浓度和染料初始浓度对脱色降解效率的影响,结果表明相对于H2O2浓度的影响,染料初始浓度对其体系光催化降解性能影响更大。探究了染液的pH值对其体系光催化脱色性能的影响,结果发现在pH值为7时脱色效果最好,且更加符合实际应用。另外,对其再生循环脱色降解性能进行测试,结果表明,前三次进行脱色应用,4h染液降解率均达到了100%,随着使用次数增加,降解效果略有下降。
  最后根据紫外-可见光谱(UV-VIS)、紫外漫反射光谱(DRS)和捕捉实验等分析了光催化性能。结果表明,TiO2在紫外光照射下与Cu/H2O2类芬顿体系协同作用,产生了更多的光催化活性物质,利用产生的O2?,h+和HO?等活性基团达到良好的氧化脱色降解效果。
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