聚合物-TiO-,2-光催化功能性復(fù)合粒子的制備、結(jié)構(gòu)及降解有機(jī)污染物性能的研究.pdf

1、銳鈦型TiO<,2>是目前使用最廣泛的光催化降解污染物材料。但TiO<,2>只能利用紫外光的能量以及空穴一電子易復(fù)合等缺點(diǎn)導(dǎo)致光催化效率很低；另外，無機(jī)TiO<,2>難成型加工，與有機(jī)基體相容性差，且很可能在降解污染物的同時(shí)降解有機(jī)基體，這些缺點(diǎn)嚴(yán)重制約了TiO<,2>作為光催化材料的使用。 本文選擇具有吸電子基團(tuán)的丙烯酸酯類單體(如MMA、MAA等)以及具有共軛結(jié)構(gòu)的苯胺單體(An)，建立通過聚合物改性TiO<,2>，制備具有

2、較高光催化性能的、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的聚合物/TiO<,2>復(fù)合粒子的方法。分別以原位乳液聚合法和化學(xué)氧化法制備聚丙烯酸酯/TiO復(fù)合粒子和PAn/TiO<,2>復(fù)合粒子，研究聚合物/TiO<,2>復(fù)合粒子的制備、結(jié)構(gòu)及其與光催化降解污染物性能的關(guān)系；研究聚合物/TiO<,2>復(fù)合粒子抗TiO<,2>催化降解的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。 首先，對TiO<,2>進(jìn)行表面偶聯(lián)改性，以確保通過偶聯(lián)劑的橋梁作用，使丙烯酸酯類單體可與TiO<,2>表面形成化學(xué)鍵

3、合。以改性TiO<,2>、MMA和MAA為原料，超聲乳液聚合法及機(jī)械攪拌乳液聚合法制備了PMMA／TiO<,2>復(fù)合粒子和P(MMA—CO-MAA)TiO<,2>復(fù)合粒子。FTIR及FGA研究結(jié)果表明，MMA和MAA成功接枝在了無機(jī)粒子表面。在初始原料相同情況下，與超聲乳液聚合法制備的PMMA/TiO<,2>復(fù)合粒子相比，機(jī)械攪拌乳液聚合法更有利于MMA與改性TiO<,2>的相互反應(yīng)，使所制備的PMMA/TiO<,2>復(fù)合粒子的接枝率和

4、接枝效率分別高到89.9[％]和95.9[％]。DSC及GPC測定結(jié)果表明，無機(jī)粒子的加入更有利于促進(jìn)MMA與MAA的共聚?；瘜W(xué)氧化法制備了An:TiO<,2>比例為5:5、4:6、3:7、2:8和l:9的PAn／Ti0<，2>復(fù)合粒子。通過FTIR、TGA和TEM測試研究了復(fù)合粒子結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明：PAn／Ti0<，2>復(fù)合粒子的結(jié)構(gòu)與PAn有較大的差別；另外，隨初始的An：TiO質(zhì)量比例從5：5、3：7變?yōu)?：9時(shí)，PAn/Ti02復(fù)

5、合粒子的接枝率降低、熱分解溫度升高；且PAn沒有均勻地包裹在Ti02粒子表面，而是PAn包裹在一堆無機(jī)粒子的表面。以甲基橙溶液、苯酚溶液及丙酮蒸汽、苯蒸汽為目標(biāo)降解物，利用紫外-可見分光光度計(jì)及氣相色譜儀研究了復(fù)合粒子光催化降解有機(jī)污染物的性能。結(jié)果表明，小分子偶聯(lián)劑改性Ti02降解甲基橙的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于Ti0<，2>，但是，小分子改性Ti0<，2>這種復(fù)合結(jié)構(gòu)極不穩(wěn)定，在很短時(shí)間內(nèi)，小分子偶聯(lián)劑就會(huì)被。riO<，2>降解。PMMA／Ti

6、O<，2>、P(MMA—co-MAA)，TiO<，2>、PAn／TiO<，2>三種復(fù)合粒子對甲基橙的降解效果也優(yōu)于TiO<，2>。PAn／TiO<，2>復(fù)合粒子中PAn含量越高，對甲基橙溶液的脫色效果更好，PAn在自然光下即可使甲基橙的降解率在幾分鐘之內(nèi)達(dá)到100％；PMMA／TiO<，2>復(fù)合粒子及P(MMA—co—MAA)/Ti02復(fù)合粒子對苯酚的降解效果較差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Ti02，而PAn／TiO<，2>復(fù)合粒子僅略遜于TiO<，2>

7、，這說明復(fù)合粒子對液態(tài)污染物的降解有較強(qiáng)的選擇性。對降解氣態(tài)污染物的初步研究表明，PMMA／TiO<，2>復(fù)合粒子對丙酮蒸汽和苯蒸汽的降解效果均優(yōu)于TiO<，2>，而另外兩種復(fù)合粒子對氣態(tài)污染物的降解性能略低于TiO<，2>。 進(jìn)一步，通過測試紫外光幅照500hr前后聚合物／Tio<，2>復(fù)合粒子結(jié)構(gòu)的變化，研究了復(fù)合粒子抗TiO<，2>催化降解性能。TGA、DSC和GPC研究結(jié)果表明，①三種復(fù)合粒子中，PAn／TiO<，2>復(fù)

8、合粒子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性最好，紫外光幅照前后，基本沒有失重，結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定；P(MMA—CO-．MAA)TiO<，2>復(fù)合粒子次之但略優(yōu)于PMMA/TiO<，2>復(fù)合粒子，②在相同紫外光照射條件下，聚合物／TiO<，2>復(fù)合粒子的結(jié)構(gòu)變化程度均小于相應(yīng)的聚合物，說明TiO<，2>的加入沒有破壞聚合物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，這種復(fù)合粒子具有良好的使用壽命。 本文的研究將為解決。TiO<，2>與有機(jī)介質(zhì)的相容性，進(jìn)一步拓寬TiO<，2>在有機(jī)介質(zhì)中作為添