分子印迹TiO2催化降解有机污染物

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TiO2晶格中掺杂非金属元素不仅可以简单、有效地将TiO2的吸收光谱由紫外区拓展到可见光区,还可以抑制光生电子和空穴的复合,从而达到提高TiO2在可见光下催化活性的目的。在众多非金属元素中,S是一种比较常用的掺杂非金属。研究表明:S可以取代TiO2晶格中的O或者是Ti,取代后不论它呈什么状态都有增加TiO2光活性的可能。与单纯TiO2相比较,掺杂S-TiO2在可见光下降解有机污染物的能力有所提高,不过仍有较大的提升空间。由光催化过程可知,光催化剂对污染物的吸附是光催化过程中比较重要的一步。提高光催化剂对有机污染物的吸附能力,可以一定程度上提高光催化剂的催化活性。由于分子印迹聚合物对模板分子具有特异性和选择性,将分子印迹技术和掺杂TiO2结合,可以提高掺杂TiO2对污染物的吸附能力,从而增强其降解有机污染物的能力。首先,本文分别利用水热法和溶胶-凝胶法合成TiO2、掺杂S-TiO2和共掺杂Cr-S-TiO2三种光催化剂,对其结构进行傅里叶红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外可见漫反射(UV–vis DRS)等表征;比较合成的三种光催化剂在模拟日光下降解甲基橙的效率;考察溶液pH值和Cr/S掺杂含量对共掺杂Cr-S-TiO2降解甲基橙效率的影响。结果显示:合成的三种光催化剂颗粒大小都是纳米级的;TiO2晶格中掺杂S不仅可以改变锐钛型TiO2和金红石型TiO2比例,减小TiO2颗粒大小,还可以促使TiO2吸收光谱红移;TiO2、掺杂S-TiO2和共掺杂Cr-S-TiO2三种光催化剂在模拟日光下降解甲基橙,75min后甲基橙降解率分别为23%、79%和98%,掺杂TiO2可以提高TiO2在模拟日光下的催化活性;一定范围内,pH值越小,共掺杂Cr-S-TiO2催化剂活性越高,降解甲基橙效果越好;pH值为1.5时,2-Cr-S-TiO2在所有合成的共掺杂Cr-S-TiO2当中催化活性最高。其次,本文以对苯二胺为功能单体和交联剂,水杨酸为模板分子,化学氧化引发聚合,合成分子印迹掺杂TiO2(MIP-S-TiO2)和非分子印迹掺杂TiO2(NIP-S-TiO2),对其结构进行FT-IR、XRD、BET、UV-vis DRS等表征;比较S-TiO2、NIP-S-TiO2和MIP-S-TiO2三者对水杨酸的吸附和降解能力;研究MIP-S-TiO2合成过程中水杨酸的量、溶液pH值、过硫酸铵的量、反应时间对其光催化活性的影响。结果表明:合成MIP-S-TiO2的过程,没有明显改变S-TiO2的晶型结构和颗粒大小,反而增加了S-TiO2对可见光的吸收;NIP-S-TiO2对水杨酸的吸附和降解能力要比S-TiO2强,MIP-S-TiO2对水杨酸的吸附和降解能力要比NIP-S-TiO2强;水杨酸和S-TiO2质量比为1:25、水杨酸和对苯二胺摩尔比为1:3、过硫酸铵和对苯二胺摩尔比为1:1、溶液pH值为1、反应时间4h时,合成的MIP-S-TiO2光催化活性最高,180min时水杨酸的降解率达到72%,高于S-TiO2的51%和NIP-S-TiO2的64%。最后,本文以邻苯二胺为功能单体和交联剂,水杨酸为模板分子,紫外光照引发聚合,合成分子印迹掺杂TiO2(MIP-S-TiO2/UV)和非分子印迹掺杂TiO2(NIP-S-TiO2/UV),对其结构进行FT-IR、XRD、SEM等表征;比较S-TiO2、MIP-S-TiO2/UV和NIP-S-TiO2/UV三者对水杨酸的吸附和降解能力;研究MIP合成过程中溶液pH值、紫外光照时间对其光催化活性的影响。结果表明:合成MIP-S-TiO2/UV的过程,没有明显改变S-TiO2的晶型结构和颗粒大小;NIP-S-TiO2/UV对水杨酸的吸附和降解能力比S-TiO2强,MIP-S-TiO2/UV对水杨酸的吸附和降解能力比NIP-S-TiO2/UV强;当溶液的pH值为2、紫外光照时间为30min时,合成的MIP-S-TiO2/UV光催化活性最高,180min时水杨酸的降解率达到81%,高于S-TiO2的51%和NIP-S-TiO2/UV的68%。
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