聚酰亚胺薄膜/纳米ZnO基复合光催化剂的研究

摘要

本文尝试以聚酰亚胺（PI）为载体，采用离子交换法制备高性能的聚酰亚胺/ZnO基复合催化剂。首先制备了ZnO/PI复合催化剂，用SEM、EDS、XRD、ATR-FTIR、UV-DRS、TGA等手段对其形貌、结构进行表征，通过对甲基橙的降解能力来评价其光催化性能，考察了制备条件（碱刻蚀时间、锌离子浓度、热处理温度、热处理时间等）对复合薄膜光催化性能的影响。此外，为提高复合薄膜表面纳米ZnO的光催化性能，掺杂Fe、Ni、Ce等离子对ZnO/PI复合薄膜进行改性，并研究了离子交换液中金属离子掺入量对复合薄膜光催化性能的影响。
　　结果表明：
　　（1）采用离子交换法制备的ZnO/PI复合薄膜，薄膜表面负载的纳米颗粒比较均匀，无团聚现象且负载纯度较高；ZnO为六方晶系纤锌结构；高温处理后复合薄膜热酰亚胺化程度较高，热稳定性较好；保留了原有PI的结构与性能；ZnO/PI复合薄膜比纯PI薄膜的光吸收带发生一定程度红移，拓展了光吸收范围。以甲基橙模拟废水为目标产物进行光催化活性试验，当以2mol·L-1的KOH溶液刻蚀90min，于0.5mol·L-1的乙酸锌溶液中离子交换3h，之后阶段升温到410℃并保温5h的复合薄膜催化活性最佳，4h后降解率可达到99.5％以上。
　　（2）引入铁离子来改性ZnO/PI复合薄膜，当以2mol·L-1的KOH溶液刻蚀90min，当铁锌混合溶剂中铁元素的摩尔比为10%，离子交换3h，之后阶段升温到430℃并保温5h的复合薄膜催化活性最佳，3.7h后降解率可达到98.0%以上。
　　（3）采用铁、铈共掺杂来改性ZnO/PI复合薄膜，当以2mol·L-1的KOH溶液刻蚀90min，当混合溶剂中铈元素的摩尔比为6%，离子交换3h，之后阶段升温到450℃并保温4h的复合薄膜催化活性最佳，3.4h后降解率可达到98.3%以上。
　　（4）同时引入铁、镍离子来改性ZnO/PI复合薄膜，当以2mol·L-1的KOH溶液刻蚀90min，当混合溶剂中镍元素的摩尔比为1%，离子交换3h，之后阶段升温到440℃并保温4h的复合薄膜催化活性最佳，3.5h后降解率可达到98.8%以上。实验证明，掺杂后的复合薄膜，达到相同的催化效果的催化时间缩短，说明提高了ZnO/PI复合薄膜的光催化活性。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 聚酰亚胺概述

1.3 氧化锌概述

1.4 光催化概述

1.5 本课题研究的内容及意义

2 ZnO/PI复合薄膜的制备及光催化性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 实验方法

2.4 结果与讨论

2.5 小结

3 铁掺杂ZnO/PI复合薄膜的制备及光催化性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 实验方法

3.4 结果与讨论

3.5 小结

4 铁、铈掺杂ZnO/PI复合薄膜的制备及光催化性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 实验方法

4.4 结果与讨论

4.5 小结

5 铁、镍掺杂ZnO/PI复合薄膜的制备及光催化性能研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 实验方法

5.4 结果与讨论

5.5 小结

6 结 论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果