基于天然棉納米纖維復(fù)合材料的制備及光催化性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化劑在能源和環(huán)境方面有著廣闊的應(yīng)用前景，因此，引起廣泛的研究。傳統(tǒng)粉末狀光催化劑由于在制備和溶解在染料廢液中極易團(tuán)聚，并且循環(huán)使用過程中不易取出，易損失等缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用。超細(xì)納米纖維具有大的長徑比，大的比表面積，質(zhì)輕，柔軟等諸多特性，而且其表面有很多羥基，易于改性，是無機(jī)納米材料優(yōu)良的載體。其不僅能有效提高納米材料的穩(wěn)定性、防止其團(tuán)聚、控制材料的尺寸分布，而且能促使無機(jī)材料在光、電、催化等方面得到更好的運(yùn)用，甚至有可能產(chǎn)生新

2、的奇異功能，這種復(fù)合材料“取長補(bǔ)短”，充分彌補(bǔ)了單一材料的缺點(diǎn)，產(chǎn)生單一材料所不具備的新性能，開創(chuàng)了材料設(shè)計(jì)方面的新局面。
　　本論文圍繞著“基于天然棉納米纖維復(fù)合材料的制備和光催化性能的研究”這一主題，主要開展了以下三方面的工作：
　　1、天然棉纖維/TiO2復(fù)合納米材料的制備及光催化性能研究
　　首先，參考之前我們的研究：將棉花溶解在DMAC/LiCl溶劑中制成紡絲液，通過靜電紡絲技術(shù)制備天然棉纖維超細(xì)納米纖維。然

3、后，以超細(xì)納米纖維為基底，利用溶膠-凝膠方法制備天然棉纖維/TiO2復(fù)合納米材料，通過調(diào)節(jié)TiO2前驅(qū)體鈦酸四丁酯的量來控制復(fù)合材料中TiO2的含量。為了提高TiO2的結(jié)晶性能，我們把溶膠-凝膠法制備得到的復(fù)合物180℃水熱處理6h。然后，研究該復(fù)合材料對亞甲基藍(lán)的光催化降解效果。測試結(jié)果表明：溶膠-凝膠方法制備的天然棉纖維/TiO2復(fù)合納米材料中TiO2是無定形結(jié)構(gòu)存在的，水熱處理之后TiO2的結(jié)晶性能明顯提高，以銳鈦礦結(jié)構(gòu)存在。光催

4、化降解亞甲基藍(lán)的實(shí)驗(yàn)表明：該復(fù)合材料具有良好的催化效果，并在一定范圍內(nèi)，隨著 TiO2含量的增加，該復(fù)合材料的光催化活性增強(qiáng)。
　　2、天然棉纖維/CdS復(fù)合納米材料的制備及光催化性能研究
　　以超細(xì)棉納米纖維為基底，利用連續(xù)離子吸附的方法制備天然棉纖維/CdS復(fù)合納米材料，通過控制吸附的次數(shù)調(diào)節(jié)棉纖維表面CdS納米粒子的尺寸、含量和分布，并研究該復(fù)合材料對羅丹明B的光催化降解能力。測試表明：CdS以立方結(jié)構(gòu)存在棉纖維表面，

5、該復(fù)合材料對羅丹明B具有明顯的光催化降解效果，同時(shí)最優(yōu)的CdS含量光催化降解效果最好，循環(huán)吸附20次的復(fù)合納米材料在可見光照射下，40min幾乎降解99％的羅丹明B。超細(xì)棉納米纖維能抑制CdS的團(tuán)聚，緩解CdS的光腐蝕現(xiàn)象。
　　3、棉纖維/CdS/TiO2復(fù)合納米材料的制備及光催化性能研究
　　利用水熱的方法在棉纖維上合成花狀 CdS納米晶，也就是花狀結(jié)構(gòu)的棉纖維/CdS復(fù)合納米材料，研究了水熱反應(yīng)時(shí)間、溫度、Cd:S比對

6、該復(fù)合材料的影響。結(jié)果表明：當(dāng)Cd:S=1:3時(shí)在200℃水熱反應(yīng)12h得到完美的花狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，并提出了其可能的形成機(jī)理。
　　以花狀棉纖維/CdS復(fù)合納米材料為載體，控制鈦酸四丁酯的量用溶膠-凝膠的方法負(fù)載 TiO2薄膜，制備一系列棉纖維/CdS/TiO2復(fù)合納米材料，作為對比，制備了純的花狀CdS，CdS/TiO2納米材料。對比結(jié)果表明：加入10ml鈦酸四丁酯的復(fù)合納米材料具有最好的光催化降解羅丹明B的效率，并且有最好的穩(wěn)