基于酚类化合物纳米结构的构筑及性能研究

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随着纳米技术的发展,纳米材料在污水处理等环境领域已获得广泛应用,将纳米材料设计出成特定的结构或特殊的表面状态,将使其对特定的污染物或在恶劣的环境下发挥更大的优势。鉴于纳米材料在有机污染物催化方面的既有研究和巨大潜力,本文基于酚类聚合物,寻找出了简便的合成方法,制备出了形貌规则、分布均匀的核壳结构复合纳米材料及多孔结构纳米材料,并初步探讨了它们对不同有机物的催化能力,为纳米材料处理有机污染物提供了新的思路。主要的研究方面如下:(1)基于间苯二酚-甲醛树脂(RF),开发了简单合成四氧化三铁@碳@金纳米颗粒(Fe3O4@C@Au)核壳结构纳米材料的方法。合成中发挥了RF能原位还原沉积Au的特性,在不使用外加还原体系的条件下制备出Fe3O4@RF@Au,随后直接碳化即制得Fe3O4@C@Au。Au纳米颗粒在碳层中分散良好,且材料整体具有很高的稳定性。Fe3O4@C@Au对对硝基酚(4-NP)显示出极好的催化性能,速率常数k达到0.089s-1,同时也显示出良好的催化稳定性和重复使用性。同时,该制备方法具有一定的普适性,我们也设计实验验证了该方法的通用性,为同类型核壳材料的简单合成提供了新思路。(2)基于间氨基苯酚-甲醛树脂(APF),利用APF特性,在不外加还原体系的条件下简便合成出四氧化三铁@APF@金纳米颗粒(Fe3O4@APF@Au)核壳结构纳米材料,Au纳米颗粒均匀包埋在APF层中。Fe3O4@APF@Au对有机染料显示出催化活性,在进一步的研究中我们发现,由于材料的表面静电作用,Fe3O4@APF@Au对于阳离子染料亚甲基蓝(MB)相比于对阴离子染料甲基橙(MO)显示出更好的催化作用,因此Fe3O4@APF@Au是MB的高效催化材料。这启示我们材料的表面性质也是影响催化性能的重要因素之一,利用这一点能够开发出选择性更高的催化材料。(3)基于APF,在合成过程中引入真空辅助法,开发出一种制备超小Au纳米颗粒沉积在介孔碳孔道中的多孔结构材料(Au@MC)的新型合成方案。被捕获在介孔碳孔道中的Au纳米颗粒由于是原位生长的,具有极小的粒径(约2.64 nm),同时Au@MC具有良好的介孔结构和高的比表面积(约421 m2/g),可供底物分子的运输和扩散,因此Au@MC对4-NP显示出极好的催化性能。这种真空辅助的合成方法制备出的纳米材料结构独特,性能优越,有较大的开发空间和应用潜力。(4)基于聚多巴胺(PDA),简单合成出四氧化三铁@碳@金纳米颗粒(Fe3O4@C@Au)核壳结构纳米材料,通过十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)处理可以简便将其切换为表面正电荷的Fe3O4@C@Au-CTAB。经过表面改性后的Fe3O4@C@Au-CTAB是阴离子染料MO的高效催化材料。同样,RhB的催化实验也证明了未经表面改性的Fe3O4@C@Au对阳离子染料的选择性更佳。这证明表面改性是一种能调控材料催化选择性的简单方法。
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