聚苯乙烯基复合材料的制备及光催化性能研究

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水污染问题日益突出,找到绿色、稳定、高效的解决方法十分必要。聚苯乙烯是一种常用的通用塑料,以其为基体,经过适当改性,与金属氧化物、金属和无机化合物复合制备光催化剂是一种解决问题的有效方法。本文以聚苯乙烯大孔树脂(MR)为原料,通过磺化反应、酸碱中和反应、氮气保护热处理等工序制备了大孔聚苯乙烯磺酸钠共轭衍生物(MR-CDPSSNa)材料。采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、N2吸附-脱附等温曲线(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、元素地图(Mapping)等手段对MR-CDPSSNa材料的结构、形貌特征和光电性能等进行测定和表征分析。以环丙沙星等抗生素类有机污染物为模型污染物,考察了MR-CDPSSNa材料的吸附性能和光催化降解性能。结果表明,聚苯乙烯大孔树脂经过改性后可以制备成为与无机半导体拥有相似性能的有机半导体,能稳定并有效的消除水体中的有机污染物,热处理温度为300℃制备的材料拥有强的吸附性能,热处理温度为420℃制备的材料拥有强的光催化降解性能。以线型聚苯乙烯(PS)作为原料,乙酸铜作为铜源,通过化学改性、溶液浸渍和原位热分解等实验工序制备了聚苯乙烯磺酸钠(PSSNa)/氧化亚铜(Cu2O)复合催化剂。以还原对硝基苯酚为模型反应考察了PSSNa/Cu2O复合催化剂的光催化活性。制备过程中考察了热处理温度、Cu元素负载的质量分数等对复合催化剂光催化活性的影响,最佳的制备条件为:热处理温度为300℃,热处理时间为5 h,Cu的质量分数为1%。采用FTIR、紫外可见光漫反射光谱(UV-vis DRS)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TG)、XPS、X射线衍射(XRD)等测试方法对复合材料的其结构、形貌特征和光电性能等进行分析,结果表明Cu2O在PSSNa基体上均匀分布,制备的催化剂具有优良的光催化性能。以线型PS作为原料,硝酸银作为银源,通过化学改性,离子交换法,紫外光还原法等方法制备了聚苯乙烯磺酸钠共轭衍生物(CDPSSNa)/银(Ag)复合光催化剂。制备过程中考察了热处理温度,Ag掺杂的质量分数对催化剂光催化性能的影响,采用FTIR、XRD、SEM、TEM、TG、Mapping、XPS、UV-vis DRS等对催化剂进行了表征和分析,以还原对硝基苯酚为模型反应对催化剂的光催化活性进行了考察。结果表明,复合催化剂拥有良好的光催化活性并且性能稳定,最佳的制备条件为:热处理温度为360℃,热处理时间为6 h,Ag掺杂的质量分数为1%。
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