罗丹明B分子印迹掺氮二氧化钛光催化剂的制备及其在可见光下的选择性光催化研究

摘要

将掺杂改性与分子印迹技术结合以改善 TiO2在可见光下对低浓度、高毒性有机污染物的选择光催化活性是目前的研究热点之一，本文分别采用两种分子印迹技术，制备以罗丹明 B为模板分子的分子印迹掺氮TiO2光催化剂。考察了制备条件，并对样品进行了XRD、TEM、BET、UV-Vis DRS、FT-IR、XPS等表征；结合可见光条件下对目标降解物罗丹明B（RhB）和结构相似的三苯甲烷类染料罗丹明6G（Rh6G）、甲基紫（MV）和甲基绿（MG）的降解效果及动力学研究，讨论了罗丹明B分子印迹氮掺杂TiO2光催化剂在可见光下的选择催化活性及机理。
　　采用溶胶-凝胶分子印迹技术，以尿素为氮源、罗丹明B为模板分子在酸性条件下制备出罗丹明B分子印迹氮掺杂TiO2粉末。表征结果显示，样品均为10~15nm锐钛矿型，且氮掺杂因N2p与O2p混合引起禁带窄化致使 TiO2吸收边带红移，产生可见光活性。掺杂与分子印迹使TiO2具有发达的孔隙结构，且N-TiO2-RhB孔结构复杂，包括典型的―墨水瓶‖孔、管型孔及颗粒间隙孔等，孔径分布主要集中在0~10nm之间，最可几孔径为2.1nm，6.0nm处也有较多数量的孔，有效的增大了N-TiO2-RhB的比表面积。在可见光条件下，通过分子印迹的三维空穴产生的特殊性吸附行为，使氮掺杂罗丹明 B分子印迹 TiO2对目标污染物罗丹明 B表现出良好的选择性，降解率达92.7％，在RhB与污染物的混合体系中，即使浓度相同，N-TiO2-RhB对模板分子罗丹明B的降解速率均大于其它污染物，分别为Rh6G、MV、MG的21.3、3.9、3.6倍，证明 N-TiO2-RhB对模板分子 RhB的良好的选择性降解行为。
　　以表面分子印迹技术制备的氮掺杂二氧化钛为基质，以罗丹明B为模板分子，以邻苯二胺为交联剂和功能单体，在紫外光下引发聚合，制备了罗丹明B表面分子印迹二氧化钛N-TiO2-MIP。在单因素实验基础上，以四因素三水平的响应面分析法确定最佳条件为：溶液pH=2.0、煅烧温度420℃、紫外光照射下的聚合时间31min和RhB/N-TiO2的质量比值为1.9。依据该条件适当调整后制备的样品表征结果显示：样品为纳米级锐钛矿相；氮掺杂因N2p与O2p混合引起禁带窄化，聚邻苯二胺离域共轭结构发生π-π*跃迁，均使 TiO2光吸收边带发生红移；氮的掺杂、表面包覆及分子印迹均有效改善了TiO2孔型和孔隙结构，使得N-TiO2-MIP的孔径分布峰值明显高于其它催化剂，除2.2nm处有较多孔外，在5.2nm处也有一定数量的孔，且为两端开口的管径分布均匀的圆筒状孔增大了比表面积。通过可见光下结构相近的四种污染物的降解对比发现，因分子印迹产生的特异识别性位点，N-TiO2-MIP对目标污染物罗丹明 B的降解率高达93.2%，选择系数α在2.3-3.0之间，即使在混合体系中仍然表现出良好的选择性。
　　溶胶-凝胶分子印迹技术及表面分子印迹技术分别制备的催化剂N-TiO2-RhB和N-TiO2-MIP均为锐钛矿相；两种催化剂虽然孔型和最可几孔径分布不同，但均有效增大了比表面积，且均因分子印迹形成的特异识别位点造成对目标污染物良好的选择性降解行为；N-TiO2-MIP表面包覆的聚邻苯二铵即引起了更大的边带红移，但又阻碍了污染物与TiO2的接触，致使N-TiO2-MIP与N-TiO2-RhB对目标降解物罗丹明B的降解率相当。

目录

1、绪论

1.1引言

1.2 TiO2光催化技术简介

1.3 TiO2光催化机理

1.4 提高TiO2光催化活性的方法

1.5半导体TiO2光催化与其它技术的结合及应用

1.6提高TiO2光催化选择性的方法

1.7分子印迹技术

1.8研究意义与内容

2、实验材料与研究方法

2.1实验试剂及仪器

2.2研究方法

2.3表征手段

2.4光催化活性及选择性评价

3、罗丹明B分子印迹氮掺杂TiO2的制备及其可见光下的选

3.1实验部分

3.2 结果与讨论

3.3、本章小结

4、罗丹明B表面分子印迹聚合物的制备及其在可见光下的

4.1实验部分

4.2结果与讨论

4.3溶胶-凝胶分子印迹技术与表面分子印迹技术的对比

4.4本章小结

5、结论与展望

5.1.结论

5.2展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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