多级介孔TiO2纳米纤维膜的制备及其光催化降解性能研究

摘要

现代工业在快速发展的同时，产生了大量的污染物并随之排放到环境中去，造成了严重的环境污染，空气污染和水污染问题尤其突出，不仅造成了巨大的经济损失，也严重威胁人类的生存与健康。由于城市燃煤、工厂废气及汽车尾气的大量排放，大气中二氧化硫、一氧化碳等有毒悬浮微粒弥漫在城市上空，空气污染导致许多城市肺癌死亡率增至万分之二，严重威胁人类的生存与健康，破坏生态平衡。传统的污染物处理方法有化学氧化法、活性炭吸附法、生物处理、超临界氧化法和一些其他方法，但是这些方法存在许多不足之处，如降解不彻底、成本高、产生二次污染等。光催化作为一种新型的污染物处理技术，以其价廉、无毒、节能、高效的优势，成为环境污染治理的研究热点。而半导体TiO2以其化学性质稳定、耐光腐蚀、降解彻底等优点成为最具实用前景的光催化剂。目前，制备TiO2的方法众多，但其形态多为粉末、颗粒或附着在其他载体上，存在难以回收再利用、比表面积不高等问题。
　　针对以上问题，本课题结合静电纺丝技术与溶胶-凝胶法，选取聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为聚合物模板，乙醇（EtOH）为溶剂，钛酸四丁酯（TBT）为钛源，引入掺杂剂六水合硝酸钇Y(NO3)3·6H2O，通过调整实验配方、优化纺丝工艺与煅烧工艺，成功的制备出具有良好柔性的锐钛矿TiO2纳米纤维膜原膜（TiNF）。通过原位聚合技术，采用合成的苯并噁嗪单体（BA-a）与二氧化钛纳米颗粒（TiO2 NPs）对TiO2纳米纤维膜进行改性处理，经原位热固化与N2氛围下高温煅烧后，TiO2 NPs均匀牢固的粘结在TiO2纤维表面，得到具有多级介孔结构、纳米级粗糙表面的改性TiO2纳米纤维膜（TiNFNP）。
　　通过本课题的研究，成功的制备出了一种柔性好、比表面积高、光催化活性高的锐钛矿TiO2纳米纤维膜。柔软度测试结果表明，TiNFNP纤维膜具有良好的柔性，可发生弯曲折叠而不脆断，纤维膜具有一定的强度，可进行拉伸强力实验。改性液中TiO2 NPs浓度是影响纤维膜比表面积和光催化活性的主要因素，结果表明，随着改性液中TiO2 NPs浓度的增加，纤维膜的比表面积增大，光催化活性显著提高。2wt％TiO2 NPs改性后的纤维膜（TiNFNP-2.0），BET比表面积从19.03 m2/g增大到78.38 m2/g，完全降解亚甲基蓝（MB）溶液所需的时间从135min缩短到30min。此外，TiNFNP-2.0纤维膜具有良好的循环使用性能，重复使用4次后其30min对MB的光催化降解效率仍在90%以上，纤维膜形貌完好，有利于回收再利用。因此，利用该方法制备的改性TiO2纳米纤维膜在污水处理、空气净化等领域具有广阔的应用前景。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2 TiO2光催化剂概述

1.3 TiO2光催化剂的制备方法

1.4静电纺TiO2纳米纤维的研究现状

1.5本课题的研究内容及意义

第二章 改性TiO2纳米纤维膜的制备与表征

2.1引言

2.2实验原料与仪器

2.3实验内容

2.4结构表征与性能测试

2.5本章小结

第三章 改性TiO2纳米纤维膜的结构性能研究

3.1引言

3.2改性TiO2纤维膜的形貌结构分析

3.3改性TiO2纤维膜的红外光谱分析

3.4能量色散X射线能谱分析

3.5改性TiO2纤维膜的物相分析

3.6改性TiO2纤维膜的比表面积及孔径分析

3.7改性TiO2纤维膜的机械性能分析

3.8本章小结

第四章 多级介孔TiO2纳米纤维膜的光催化降解性能研究

4.1前言

4.2光催化活性评价方法

4.3改性TiO2纤维膜的光催化降解性能研究

4.4改性TiO2纤维膜的循环使用性能研究

4.5改性TiO2纤维膜与P25 TiO2光催化性能对比

4.6本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士期间取得的学术成果

致谢