【摘 要】
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二氧化钛纳米粒子(TiO2 NPs)是一种典型的半导体光催化材料,被普遍应用于污染治理等领域。但是,直接使用TiO2NPs降解水体污染物时,需要依赖繁琐的后处理过程,还可能造成质量损失和二次污染等问题,严重限制了TiO2NPs的推广应用。将TiO2 NPs负载固定于聚合物基体上可以有效解决以上问题。同时,纳米粒子的分散情况对材料光催化性能具有显著影响。因此,实现TiO2 NPs稳定负载和均匀分散对
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二氧化钛纳米粒子(TiO2 NPs)是一种典型的半导体光催化材料,被普遍应用于污染治理等领域。但是,直接使用TiO2NPs降解水体污染物时,需要依赖繁琐的后处理过程,还可能造成质量损失和二次污染等问题,严重限制了TiO2NPs的推广应用。将TiO2 NPs负载固定于聚合物基体上可以有效解决以上问题。同时,纳米粒子的分散情况对材料光催化性能具有显著影响。因此,实现TiO2 NPs稳定负载和均匀分散对于制备高性能纳米复合光催化材料至关重要。本文通过悬浮聚合制备了聚合物/TiO2纳米复合材料:选择甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA)作为主共聚单体,与辅助共聚单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(MTC)发生悬浮共聚,并原位复合TiO2 NPs。在反应体系中,利用带正电的MTC与带负电的TiO2 NPs间的静电相互作用,改善TiO2 NPs在基体中的分散情况,并增强纳米粒子与聚合物基体的界面结合。通过核磁共振(~1H NMR)、红外光谱(FTIR)、Zeta电位、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、拉伸测试等多种手段对聚合物/TiO2纳米复合材料进行结构和性能表征,并通过紫外-可见吸收光谱(UV-vis)对材料的光催化性能进行了系统性探究。结果表明,通过悬浮聚合,TiO2 NPs被成功引入聚合物基体中,同时通过静电相互作用改善了TiO2 NPs在纳米复合材料中的分散情况,粒径可减小至20 nm左右。该纳米复合材料的亲水性较为优异,热稳定性和力学性能也明显提升。此外,系统性地探究了所制备的纳米复合材料的光催化性能,结果表明该复合材料在不同环境和条件下均展现出良好的光催化效果,270 min内对亚甲基蓝(MB)的降解率可达99.66%。同时,该纳米复合材料在20次循环催化中始终保持98%以上的光催化降解率,体现了突出的稳定性和重复使用性能。本论文中所制备的聚合物/TiO2纳米复合光催化材料具有高效、稳定等特点,无需进行后续处理,有望应用于废水处理和环境保护领域。
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