新型光催化剂及光降解塑料薄膜的制备

摘要

在环境日益恶化，化石能源不断消耗而替代能源暂时不可及的今天，被深入研究了40多年的光催化领域，至今仍是科学家们关注的焦点。如何获得可见光吸收的量子效率高的半导体光催化剂，一直是摆在科学家面前的难题。与此同时，固相光催化可降解薄膜，作为一种新兴的处理白色污染的方法，也依赖光催化领域的发展。
　　本文结合相关文献，成功制备了一种新颖的Ag3PO4/Ag2CO3复合光催化剂，两种可光降解的新型PVC薄膜，主要研究内容总结如下：
　　第一章简要介绍了光催化相关的基本概念如发展背景、原理、影响因素以及最新研究进展；介绍了常见的白色污染处理途径、可降解薄膜的基本概念以及最新研究进展。
　　第二章制备了新颖的高效的可见光吸收的 Ag3PO4/Ag2CO3异质结复合光催化剂，并以罗丹明B为目标污染物，研究了其液相光催化降解有机污染物的性能。采用简单的共沉淀方法，制备出不同比例的 Ag3PO4/Ag2CO3光催化剂，并用XRD，TEM，UV-vis DRS和TPV等表征，说明Ag3PO4/Ag2CO3异质结光催化剂被成功合成。通过对罗丹明B的液相光催化降解实验，发现40％比例的Ag3PO4/Ag2CO3复合催化剂的光催化效率最高。此外，还做了活性自由基的捕获实验来判断光催化降解罗丹明 B中起主要氧化作用的活性自由基。结果表明，空穴是Ag3PO4、Ag2CO3和Ag3PO4/Ag2CO3光催化剂在降解罗丹明B时起主要氧化作用的活性自由基物种，并且40%-Ag3PO4/Ag2CO3催化剂相对于单纯的Ag3PO4和 Ag2CO3都有更高的自由空穴产生能力。所有这些说明降解罗丹明 B是光氧化反应，并且复合催化剂由于异质结的形成，相对于单纯的 Ag3PO4， Ag2CO3，电荷分离效率提高导致光氧化能力更高，光降解有机污染物能力更强。
　　第三章制备了PVC-TiO2-CH3OH复合薄膜，研究了添加少量甲醇对PVC复合薄膜光降解性能的影响。相对于单纯的PVC和 PVC-TiO2复合薄膜， PVC-TiO2-CH3OH复合薄膜具有更高的光致失重率。其宏观表面光滑，微观表面出现很多纳米级别的凹陷。当光照射到 PVC-TiO2-CH3OH复合薄膜表面时，相对于微观表面依旧光滑的纯的PVC薄膜，光线在薄膜上的反射次数增加，从而有利于光线的吸收，提高薄膜的降解效率。
　　第四章研究了脯氨酸改性的TiO2在光催化降解PVC薄膜中的应用。脯氨酸（proline）由于其特殊的分子结构，广泛应用于有机小分子催化中。本文采用一种简单的方法制备了脯氨酸改性的二氧化钛复合催化剂并将其包埋在PVC中，制备了PVC-TiO2-ProNa复合薄膜。研究结果表明，脯氨酸钠的加入提高了二氧化钛在PVC聚合物中的分散性，从而提高了纳米材料对聚合物的光催化降解效率。

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第一章 前 言

1.1 光催化剂

1.2 光催化剂在光降解薄膜中的应用

1.3 本论文的选题依据和主要研究内容

第二章 一种高效的可见光响应的Ag3PO4/Ag2CO3光催化剂的制备及对有机污染物的液相催化降解研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 甲醇提高TiO2固相光催化降解PVC薄膜

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 薄膜的光降解机理

3.5 本章小结

第四章 PVC-TiO2-ProNa纳米复合薄膜的高效光催化降解性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 复合膜的光降解机理

4.5 本章小结

总结与展望

1. 论文总结

2. 展望

参考文献

硕士期间已发及待发表的论文及专利

致谢