纳米管三维多孔材料的制备及其在偏二甲肼污水处理方面的应用

摘要

偏二甲肼作为卫星、飞船、导弹等发射试验和运载火箭的主体燃料，其对水体的污染一直倍受重视。目前偏二甲肼污水处理的技术存在着安全系数低能耗高、二次污染物种类多、运行成本高和毒性大等缺点，为此有必要开发寻找新的偏二甲肼污水处理技术。目前在研的偏二甲肼污水处理方法主要分为以下三种:(1)化学方法:利用臭氧或者具有微纳米结构，较高比表面积的催化剂，如二氧化钛，通过氧化还原反应、电化学反应或者光化学反应降解偏二甲肼;(2)物理方法:采用活性炭吸附剂或离子交换树脂通过吸附和离子交换的方法清除偏二甲肼，然后通过加热脱除吸附的偏二甲肼;(3)生物方法:利用藻类、微生物等具有污水净化能力的生物体的新陈代谢净化污水。
　　本文首先采用化学方法降解偏二甲肼:利用银掺杂的二氧化钛纳米颗粒通过光化学反应催化降解偏二甲肼。采用溶胶凝胶法成功制备了不同质量比例的银掺杂的二氧化钛纳米颗粒，通过SEM、TEM和BET测试表明，粒径大小在20-50nm，随着银掺杂量的增加粒径有变大的趋势XRD结果显示二氧化钛的晶型随银掺杂量增加也有所变化。然后通过3小时的紫外光催化降解偏二甲肼，研究表明银掺杂量为5wt％的二氧化钛纳米颗粒降解效果最佳。
　　在上述实验研究基础上，利用聚氨酯泡沫为模板制备碳/碳纳米管(C/CNTs)复合泡沫材料，再将制备的碳/碳纳米管复合泡沫材料置于浓硫酸中酸化，采用SEM及N2吸附表征C/CNTs形貌和介孔结构，光学图片表明复合泡沫材料能够满足自然光从多个方向穿透并在内部散射，然后在其表面修饰银掺杂为5wt％的二氧化钛颗粒制备得到碳/碳纳米管/二氧化钛/银（C/CNTs/TiO2/5wt％Ag）复合泡沫材料，通过SEM表征证明TiO2/5wt％Ag纳米颗粒成功修饰在了碳/碳纳米管复合泡沫材料的孔壁及其CNTs的表面，再通过3小时的紫外光催化降解反应，研究表明制得的C/CNTs/TiO2/Ag复合材料在紫外光下催化降解偏二甲肼有一定的效果，随着降解时间的增加降解量越来越大，但是降解的速率越来越缓慢。
　　然后采用物理方法吸附偏二甲肼:制备聚合物纳米管P-DVB离子交换树脂通过吸附和离子交换的方法清除偏二甲肼。首先制备出大块三维网状结构的纳米管聚合物(P-DVB)，然后将其磺化制备得到离子交换树脂(PNTs-SO3H)，SEM、TEM及BET表征显示，PNTs-SO3H是具有竹节状中空结构的纳米管，其较大的比表面积和中空结构有助于吸附作用，等温吸附曲线表明PNTs-SO3H有较强的吸附能力;然后我们在阳离子聚合条件下做了不同苯乙烯含量的二乙烯苯的共聚物，通过研究其形貌特征探究其聚合机理。
　　上述结果表明，C/CNTs/TiO2/5wt％ Ag复合泡沫材料和PNTs-SO3H两种材料在处理偏二甲肼污水上有一定的应用效果。

目录

摘要

第一章 前言

1．1 引言

1．2 偏二甲肼的毒性与污染

1．2．1 偏二甲肼的污水处理方法

1．3 银掺杂二氧化钛降解偏二甲肼

1．3．1 二氧化钛光催化机理

1．3．2 银掺杂二氧化钛的影响

1．4 碳／碳纳米管／二氧化钛／银复合材料降解偏二甲肼

1．4．1 碳纳米管吸附能力

1．4．3 碳／碳纳米管复合材料

1．4．3 碳／碳纳米管／二氧化钛／银复合材料

1．5 聚合物P-DVB吸附偏二甲肼

1．5．1 聚合物纳米管的简介

1．5．2 聚合物P-DVB的磺化

1．5．3 聚合物P-DVB吸附机理

1．6 选题意义和目的

1．7 创新点

参考文献

第二章 银掺杂二氧化钛的制备及其催化降解偏二甲肼性能的探究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 原料及试剂

2．2．2 仪器设备

2．2．3 溶胶凝胶法制备二氧化钛

2．2．4 溶胶凝胶法制备银掺杂的二氧化钛

2．2．5 偏二甲肼检测原理及标准曲线的绘制

2．2．6 光催化分解偏二甲肼实验

2．2．7 降解后水溶液中偏二甲肼含量的测定

2．2．8 表征方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 SEM和TEM

2．3．2 XRD

2．3．3 EDS分析

2．3．4 BET

2．3．5 光催化活性分析

2．3．6 光催化趋势分析

2．4 小结

参考文献

第三章 三维大孔C／CNTs／TiO2／Ag复合材料的制备及其对偏二甲肼水溶液的催化性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 原料及试剂

3．2．2 仪器设备

3．2．3 碳纳米管的分散

3．2．4 三维大孔碳／碳纳米管复合泡沫载体的制备

3．2．5 三维大孔碳／碳纳米管复合材料的酸化处理

3．2．6 三维大孔碳／碳纳米管／二氧化钛／银复合材料制备

3．2．7 C／CNTs／TiO2／Ag复合材料降解偏二甲肼

3．2．8 降解后水溶液中偏二甲肼含量的测定

3．2．9 表征方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 SEM

3．3．2 光学照片

3．3．3 三维大孔C／CNTs复合材料的BET

3．3．4 TGA

3．3．5 C／CNTs／TiO2／Ag复合材料紫外光催化降解偏二甲肼

3．4 小结

参考文献

第四章 聚合物纳米管的制备及其偏二甲肼的吸附

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 原料及试剂

4．2．2 仪器设备

4．2．3 聚二乙烯基苯的制备

4．2．4 聚苯乙烯-二乙烯基苯的制备

4．2．5 聚合物的磺化及吸附实验

4．2．6 偏二甲肼检测原理及标准曲线的绘制

4．2．7 吸附前后水溶液中偏二甲肼含量的测定

4．2．8 表征方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 聚合物P-DVB的形貌分析

4．3．2 聚合物P-DVB磺化前后接触角

4．3．3 聚合物P-DVB磺化前后FT-IR

4．3．4 聚合物P-DVB磺化前后热重分析

4．3．5 聚合物P-DVB的BET

4．3．6 二乙烯苯和苯乙烯的反应活性对比

4．3．7 共聚物的TEM图及SEM图

4．3．8 共聚物磺化程度的分析

4．3．9 聚合物吸附性能

4．3．10 吸附效果光学图片

4．4 结论

参考文献

第五章 结论

致谢

攻读学位文期间发表或即将发表的论文

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