卟啉及金属卟啉敏化的钛酸盐纳米管的性能研究

摘要

钛酸盐纳米管(TNTs)具有比表面积大、催化活性高、安全无毒等优点，被广泛应用于环境保护和可再生能源利用等领域，由于其只能利用占太阳能总能量的约5％的紫外光区，限制了钛酸盐纳米管对太阳能的有效利用。本文利用羧基卟啉和金属羧基卟啉类化合物敏化的TNTs为研究对象，利用卟啉在可见光区有较强吸收的特点，把钛酸盐纳米管的光谱响应范围扩展至可见光区，对它们的吸附和光催化性能做了详细的研究，具体内容如下:
　　 1、以钛酸四丁酯和四羧基苯基卟啉为底物，利用溶胶凝胶法得到分散性良好的卟啉/TiO2凝胶和锌、铜卟啉/TiO2凝胶，然后通过水热合成法进一步制备卟啉/TNTs和锌、铜卟啉/TNTs，采用SEM、TEM和XRD等方法表明卟啉敏化的纳米管具有较好的形貌和结构，N2吸附-脱附试验表明敏化后的钛酸盐纳米管具有较大的比表面积，DRS阐明了卟啉或金属卟啉与钛酸盐是通过化学键结合的。
　　 2、通过对煅烧温度、酸碱性、溶液浓度等吸附条件的探索，得出经过金属卟啉敏化的钛酸盐纳米管的吸附能力要比同等条件下卟啉敏化的纳米管的吸附性能要好，不同金属卟啉敏化的纳米管的吸附能力也是不同的，在次甲基蓝溶液浓度相同的条件下，吸附能力最强的是CuTCPP/TNTs达到55mg/g，其次是ZnTCPP/TNTs，而TCPP/TNTs的吸附能力最弱为35mg/g。在等温平衡吸附模型研究中，它们都符合Langmuir单分子层吸附等温式，动力学研究中，都符合一级动力学模型，说明卟啉敏化的纳米管与金属卟啉敏化的纳米管的热力学模型和动力学模型未发生改变。
　　 3、在光催化试验中，探究了温度、浓度和不同浸泡方式等对光催化降解次甲基蓝的影响。结果表明，在可见光照射下，CuTCPP/TNTs与ZnTCPP/TNTs和TCPP/TNTs相比，CuTCPP/TNTs的光催化效果是最好的，这与它具有较好的吸附能力是分不开的。
　　 4、经过五次吸附重复性试验之后，CuTCPP-TNTs-100℃的吸附效果达到83.69％，ZnTCPP/TNTs的重复使用率达到87.56％，重复使用效果较好，为研究吸附材料的吸附性能提供了一些试验依据。