PDMS-OTMS-TiO2復(fù)合海綿的制備及其光催化性能研究.pdf

1、銳鈦型TiO2納米粒子由于粒徑小、比表面積大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、以及優(yōu)異的光催化性能，在廢水廢氣的處理方面有著廣泛的應(yīng)用前景。但直接應(yīng)用存在著納米粒子團(tuán)聚嚴(yán)重、回收再利用困難且會造成二次污染等問題，嚴(yán)重限制了其大規(guī)模的實際應(yīng)用。為解決這些問題，科研工作者將納米TiO2負(fù)載在載體上以便回收利用，其中耐候性強(qiáng)的聚硅氧烷(PDMS)引起了研究者的極大關(guān)注。但目前的研究主要集中在聚硅氧烷的膜形態(tài)，對其他載體形態(tài)的研究較少。
　　本研究緊密圍繞

2、上述關(guān)鍵問題，設(shè)計了一種光催化納米TiO2牢固負(fù)載于聚硅氧烷海綿表面的PDMS/TiO2海綿復(fù)合材料。本論文通過硅烷偶聯(lián)劑辛基三甲氧基硅烷(OTMS)錨固改性商業(yè)P25納米TiO2粒子，采用雙蔗糖粒子模板法制備了PDMS/OTMS-TiO2復(fù)合海綿，并調(diào)控了TiO2粒子在復(fù)合海綿中的分布情況，研究了復(fù)合海綿降解羅丹明B染料的光催化性能。
　　首先，以價格低廉易得的商業(yè)P25納米TiO2粒子為原料，采用硅烷偶聯(lián)劑OTMS對其進(jìn)行偶聯(lián)

3、改性，通過改變OTMS的加入量，得到一系列不同錨固密度的OTMS-TiO2，研究了不同OTMS錨固密度對TiO2粒子的晶型及光催化性能的影響。結(jié)果表明，OTMS成功錨固到TiO2粒子表面，不同錨固密度對TiO2粒子晶型和光催化性能沒有影響。
　　其次，通過物理模板法將端乙烯基硅油、含氫硅油、OTMS-TiO2以及Karstedt催化劑混合均勻，加入模板后引發(fā)雙組份硅油的硅氫加成反應(yīng)，得到內(nèi)含大量模板的交聯(lián)型聚硅氧烷，浸泡去除模板后

4、得到PDMS/OTMS-TiO2復(fù)合海綿。分別研究了模板劑種類、模板劑比例、TiO2粒子錨固改性程度、TiO2粒子含量等因素對復(fù)合海綿形貌結(jié)構(gòu)的影響。分析表明:蔗糖粒子是理想的模板劑，通過選用1∶1的白砂糖和白綿糖粒子為模板，可制備出高孔隙率、高比表面積、力學(xué)性能良好的PDMS海綿，納米TiO2粒子經(jīng)OTMS改性后與硅油相容性提高，可全部鑲嵌型牢固負(fù)載于PDMS海綿上。進(jìn)一步研究了TiO2粒子的含量、OTMS錨固密度、模板種類等因素對T

5、iO2粒子在海綿中分布情況的影響。發(fā)現(xiàn):TiO2粒子在海綿表面裸露形成微納結(jié)構(gòu)，通過控制TiO2含量可調(diào)節(jié)其裸露情況;當(dāng)OTMS錨固密度達(dá)到一定值0.09μmol·(m2·TiO2)-1時，TiO2粒子即可在海綿中實現(xiàn)良好的負(fù)載，繼續(xù)增加錨固密度對復(fù)合海綿的形貌結(jié)構(gòu)影響不大。
　　最后，在上述工作的基礎(chǔ)上，選取羅丹明B染料分子為代表，對所制備PDMS/OTMS-TiO2復(fù)合海綿進(jìn)行光催化性能評估。分別研究了海綿孔結(jié)構(gòu)、OTMS錨固

6、密度、TiO2粒子含量、復(fù)合海綿厚度等因素對復(fù)合海綿光催化性能的影響。結(jié)果表明:以雙蔗糖粒子模板制備的復(fù)合海綿兼有大孔結(jié)構(gòu)和開孔結(jié)構(gòu)，光催化性能最好;隨復(fù)合海綿中TiO2粒子含量增加，光催化性能變好;薄并且比表面積大的復(fù)合海綿光催化性能好。進(jìn)一步評估了復(fù)合海綿的重復(fù)利用性、其與對應(yīng)復(fù)合膜的光催化性能比較及日光降解染料的性能，結(jié)果表明:復(fù)合海綿重復(fù)利用性良好;相較于復(fù)合膜，復(fù)合海綿光催化性能更好，日光下降解染料性能優(yōu)異，具有良好的實際應(yīng)用