分子印迹型TiO2光催化材料的制备及其在超滤膜上的负载处理废水性能的研究

摘要

TiO2作为一种可发生光催化反应的半导体，成为一种绿色、新型的环保技术，由于其能彻底降解有机和无机污染物但却不带来二次污染的独特有点得到了众多学者广泛的关注。现在的TiO2材料主要以粉末或者薄膜的形式存在，本文主要致力于合成和研究TiO2纳米粉末。光催化反应是一系列的自由基反应的过程，所以没有选择性，优先催化降解高浓度污染物而无法及时有效的处理低浓度污染物。本论对纯TiO2粉末首先进行了SiO2的掺杂，并结合了分子印迹技术，用水杨酸作为模板分子，制备出了含有水杨酸印迹的光催化纳米材料。为使其有更好的光催化性能，将合成好的粉末煅烧到450℃，使TiO2形成锐钛矿相。将制成的光催化粉末进行X射线衍射表征，进一步论证了煅烧后的粉末中TiO2都是呈现锐钛矿相。电镜观察结果表明，TiO2/SiO2/SA粉末能最大的与水杨酸结合。在水杨酸溶液的紫外光降解实验结果表明，TiO2/SiO2/SA粉末表现出比TiO2和TiO2/SiO2粉末更好的光催化反应的效果。
　　本文又研究三种纳米粉末的重复利用能力，通过对实验后的粉末进行两次回收，在相同的实验条件下继续测量降解水杨酸的效率，得到TiO2/SiO2的重复利用率最好，并分析了其原因。最后，为了测定目标分子（水杨酸）与三种粉末的特异结合能力，我们选取了两种与水杨酸的分子结构类似的物质：苯酚和对羟基苯甲酸，让每种粉末在这三种混合溶液中发生光催化反应，计算出三种粉末对水杨酸的降解率。通过比较降解率D值，找到对水杨酸选择性最佳的TiO2/SiO2/SA粉末，并通过这些数据和文献探讨分子识别作用的影响因素。
　　PVDF超滤膜净水材料是目前应用最为广泛的膜工艺材料，作者使用硅烷偶联剂作为交联剂，由 PVDF超滤膜的超声波处理制备负载型纳米 TiO2，TiO2/SiO2，TiO2/SiO2/SA的复合光催化材料。负载纳米颗粒后，复合光催化材料有了利用紫外光进行光催化降解的能力。在300W氙灯光源（250nm~800nm）下反应2h，并将粉末相继回收两次，最终得到 TiO2/SiO2的回收利用率最好，但是 TiO2/SiO2/SA效果最差，原因可能是因为其不是无机材料，不能与硅烷偶联剂相互作用。因此有机物印迹的光催化材料虽有特异性，但是难于负载于有机膜上。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2光催化技术

1.2.1 TiO2光催化技术简介

1.2.2 TiO2光催化原理

1.2.3 提高光催化反应效率的方法

1.2.4提高TiO2光催化反应选择性途径

1.3分子印迹技术

1.3.1分子印迹技术原理

1.3.2 印迹型光催化剂研究进展

1.4本论文的研究意义和内容

1.4.1研究意义

1.4.2论文主要内容

1.5课题来源

第二章 光催化粉末的制备方法

2.1纳米TiO2光催化薄膜的制备方法介绍

2.1.1 溶胶--凝胶法

2.1.2 液相沉积法

2.1.3 化学气相沉积

2.1.4 电化学沉积

2.2光催化纳米粉末的制备

2.2.1 TiO2纳米粉末的制备及表征

2.2.2 TiO2/SiO2光催化纳米粉末的制备及表征

2.2.3 TiO2/SiO2/SA纳米粉末的制备及表征

2.3 本章小结

第三章 光催化粉末的性能测试

3.1 水杨酸标准溶液配制

3.2 TiO2,TiO2/SiO2, TiO2/SiO2/SA粉末第一次光催化性能测定

3.3 光催化反应动力学研究

3.4TiO2,TiO2/SiO2, TiO2/SiO2/SA粉末重复利用率的测定

3.5光催化纳米粉末的分子识别性能的探究

3.5.1 实验过程

3.6本章小结

第四章光催化粉末负载超滤膜后催化性能的研究

4.1引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验试剂

4.2.2 实验仪器

4.2.3 实验方法

4.3 光催化活性的测定

4.3.1 硅烷偶联剂的影响

4.3.2 TiO2，TiO2/SiO2，TiO2/SiO2/SA负载超滤膜第一次光催化性能测定

4.3.3 TiO2，TiO2/SiO2，TiO2/SiO2/SA负载超滤膜重复利用率的测定

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

硕士期间发表论文

致谢