基于埃洛石纳米管负载CdS基复合光催化剂的构筑及性能研究

摘要

光催化氧化技术是一种利用太阳光可以将污染物降解到无毒小分子化合物的绿色环保技术。在众多半导体光催化剂中，CdS因为其合适的带隙(2.42 eV)，可以有效地吸收太阳光而受到人们关注，但由于它的不稳定性、光腐蚀性、选择性差等大大限制了应用。基于CdS光催化剂在应用过程中存在的这些问题，本论文中我们选用埃洛石纳米管(HNTs)为载体，合成了CdS/HNTs负载型复合光催化剂，并在此基础上对CdS/HNTs进行离子掺杂和表面碳修饰，提高了催化剂的光催化活性和稳定性。最后采用表面分子印迹技术对CdS/HNTs表面修饰温敏响应的印迹聚合物，提高了复合光催化剂的智能识别性选择功能。具体内容如下:
　　以HNTs为载体，通过水热方法直接制各了CdS/HNTs纳米复合光催化剂。采用扫描电镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)、透射电镜(TEM)和X-射线衍射仪(XRD)等表征手段对材料进行表征。在可见光的照射下，通过降解四环素来测试样品的光催化活性。结果显示，CdS较好的分散于HNTs表面，有效的提高了催化剂的光催化活性和稳定性。用0.2 mol/L的NaOH作为溶剂，硫脲作为硫源，CdS负载量为30％，水热合成温度为160℃时，制备出的光催化剂对四环素表现出了最高的光催化活性。在可见光的照射下，60min内四环素的降解率可以达到93％。
　　利用简单的水热法合成了金属离子掺杂CdS/HNTs光催化剂Mn+-CdS/HNTs(Mn+=Zn2+、Bi3+、Cr3+、Ni2+)，用SEM、EDS、TEM和XRD等对复合光催化剂进行表征。在可见光的照射下，通过降解四环素来测试样品的光催化活性。结果表明Cr3+掺杂不能提高光降解四环素效率，Zn2+、Bi3+、Ni2+掺杂可以明显提高催化剂降解四环素的效率。在可见光下，Zn2+掺杂的催化剂对四环素的降解率30min内可以达到92％。
　　采用一步热解法合成了C@CdS/HNTs光催化剂，通过SEM、EDS、TEM和XRD等对材料进行表征，在可见光下降解四环素来考察C@CdS/HNTs的光催化活性。表明:在400℃热解温度下的样品降解效果最好，降解率可达到86％。此外，考察了复合光催化剂的稳定性，C@CdS/HNTs光催化剂放置一年并经过三次循环实验，仍保持良好的光催化活性，说明复合光催化剂表面碳包覆修饰能很好的提高CdS/HNTs光催化剂的稳定性。最后对光催化剂的制备机理和降解过程的中间产物进行了分析。
　　通过表面分子印迹技术以四环素为模板分子，N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为功能单体，N'N亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂和偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂，合成PNIPAM修饰的CdS/HNTs温敏响应智能分子印迹光催化剂。用SEM、EDS、TEM和XRD等对复合光催化剂进行表征，并通过去除四环素来考察光催化材料的性能。结果显示，温敏响应分子印迹光催化剂对于去除水环境中的四环素有很高的光催化活性和选择性，并且它的催化活性可以通过调节温度进行控制，说明PNIPAM修饰可以较好的实现光催化剂的智能化识别去除环境中目标污染物。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 CdS光催化剂概述

1．1．1 CdS光催化剂的光催化机理

1．1．2 CdS的制备方法

1．1．3 影响CdS光催化活性的因素

1．1．4 提高CdS光催化活性及稳定性的方法

1．2 CdS负载型复合光催化剂的研究

1．2．1 以SiO2为载体

1．2．2 以碳纳米管为载体

1．2．3 以埃洛石纳米管(HNTs)为载体

1．2．4 以高分子材料为载体

1．3 表面分子印迹光催化技术的研究

1．3．1 表面分子印迹技术与光催化技术相结合

1．3．2 分子印迹材料的制备方法

1．3．3 智能型分子印迹聚合物

1．4 课题研究的目的意义及研究内容

1．4．1 本课题的目的、意义

1．4．2 本课题研究的主要内容

第二章 水热法制备高催化活性的CdS／HNTs负载型复合光催化剂

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验药品

2．2．2 材料制备

2．2．3 材料表征

2．2．4 光催化活性测试

2．3 结果和讨论

2．3．1 所制备催化剂的表征

2．3．2 光催化活性

2．4 本章小结

第三章 金属离子(Zn2+，Bi3+，Cr3+，Ni2+)掺杂CdS／HNTs光催化剂在可见光下降解四环素的研究

3．1 引言

3．2．实验部分

3．2．1 实验药品

3．2．2 材料制备

3．2．3 材料表征

3．2．4 光催化活性测试

3．3 结果和讨论

3．3．1 所制备催化剂的表征

3．3．2 光催化活性实验

3．3．3 光催化降解机理

3．4 本章小结

第四章 C@CdS／HNTs复合光催化剂一步热解法的制备及光降解性能

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验药品

4．2．2 C@CdS／HNTs的制备

4．2．3 材料表征

4．2．4 光催化活性测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 所制备催化剂的表征

4．3．2 C@CdS／HNTs的制备机理

4．3．3 光催化活性

4．3．4 光降解四环素机理

4．4 本章小结

第五章 温敏响应表面分子印迹光催化剂的制备及选择性光催化降解四环素的研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验药品

5．2．2 材料制备

5．2．3 材料表征

5．2．4 光催化活性测试

5．3 结果与讨论

5．3．1 所制备催化剂的表征

5．3．2 光催化实验

5．3．3 印迹的光催化剂的制备和智能选择光降解机理

5．4 本章小结

第六章 结论、创新点及进一步工作建议

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 进一步工作建议

参考文献

致谢

攻读学位期间的主要科研成果

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