二氧化钛基复合材料制备及处理海洋油污性能研究

• 作 者: 马玲
• 机 构: 大连海洋大学
• 出 处: 大连海洋大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 二氧化钛基复合材料 海洋石油污染 光催化效率 微观形貌

石油经济给人类带来巨大财富的同时,也给全球环境造成了重大的污染问题,首当其冲的危害是占地球面积71％的海洋。具有光催化效应的TiO2被认为是治理石油污染的绿色、环保、经济的有效材料。目前,在对光催化治理污染的研究中,人们对水体有机污染物方面做了大量的研究,而对海洋环境下的油污降解的研究较少。此外,TiO2纳米颗粒和光生电子-空穴的高复合率也阻碍了其在油污治理上的应用。为了进一步探索TiO2及其复合物在海洋油污治理方面的应用和提高光催化效率,本文主要做了以下研究:　　(1)纳米TiO2光催化剂去除海洋油污性能研究　　将TiO2用于降解柴油、润滑油以及辣椒油模拟的海水油污染,研究了油浓度、催化剂浓度、催化体系溶液pH值等因素对光催化降解油性能的影响。研究结果表明:TiO2光催化剂可有效降解柴油、润滑油以及辣椒油,其降解顺序为辣椒油>润滑油>柴油,随着模拟油浓度的增大,降解率也随着增大。在酸性条件下,有利于模拟油的降解。　　(2)海面漂浮型聚偏氟乙烯(PVDF)纤维膜担载TiO2复合光催化的制备及去除海洋油污性能的研究　　以静电纺丝技术制备的PVDF为载体,构建了可漂浮于水面的低密度聚偏氟乙烯(PVDF)/TiO2复合纳米纤维膜,研究了制备条件对纤维的微观形貌和表面润湿性能的影响。光催化结果表明,TiO2/PVDF复合纳米纤维有效提高了TiO2光催化剂的重复利用率,降低了治污成本,且TiO2/PVDF复合纳米纤维可漂浮于水面,可充分利用光能,并增大了与污染物分子作用的可及表面积,光催化与吸附协同作用提升了对海洋油污的降解性能。　　(3)石墨烯/TiO2复合光催化剂的制备及其处理海水石油污染的性能研究　　采用静电纺丝,结合紫外光和热还原技术,制备了石墨烯(GNs)改性的一维TiO2纳米纤维膜光催化剂。研究了制备条件对复合纤维的微观形貌和结构的影响。采用与TiO2纳米颗粒溶胶液相同的催化体系研究了模拟海水油污染的降解情况。研究结果表明:结合静电纺丝、紫外光和热还原技术制备的石墨烯/TiO2复合纳米纤维膜具有由表面多孔的纳米纤维组合而成的三维蓬松立体互穿的网络结构特征。在模拟海水油污染的催化体系中,石墨烯/TiO2复合纳米纤维的光催化性能比纯TiO2纳米纤维有明显提高,这得益于石墨烯的高导电率,能快速捕获光激发TiO2产生的光生电子并阻止电子-空穴的复合,有效提高了TiO2的量子效率;而石墨烯的掺杂减少了TiO2纤维的堆积密度,增大了3D纤维网络交互式的开放空间,极大的促进了油污分子和OH自由基的扩散和迁移速率,从而非常有利于油污的光催化降解。