基于有机共轭材料光催化剂的制备及其去除水中污染物的研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong423
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煤,石油和天然气等的滥采乱用,引发了环境污染,资源耗竭等让人类无法忽视的严重后果。传统的解决环境污染问题的办法因为具有能耗高,具有二次污染等因素限制了其应用,因此当务之急就是寻找新型的技术或者材料来解决这一问题。光催化技术的兴起在一定程度上满足了人们的需求,但是许多的光催化剂具有可见光的吸收利用低效,光响应的能力不足等问题,所以说寻找高催化效率的材料具有相当重要的意义。有机共轭材料由于具有良好的光响应能力,合适的禁带宽度,优异的物理化学稳定性,骨架结构精确可调等优势,使得其在光催化降解、产氢,吸附等方面引起了研究者们的浓厚兴趣。然而,有的聚合物材料在合成出来后的效果却不尽如人意,这就需要我们想办法引入特征基团去改性提高其性能。本论文从三个体系研究了以不同醛胺单体材料缩合的席夫碱反应为基础的有机共轭聚合物作为光催化剂在可见光下对于水溶液中四环素与诺氟沙星的降解影响。
  (1)设计合成了两种新型的聚合物BTTh-1和BTTh-2。它们由两种醛基单元与三聚氰胺反应制得。两种醛基单元均是以邻苯二胺为底物,最终生成的醛基单元差别在于BTTh-2的醛基单体单元中引入了噻吩基团。通过引入噻吩单元,探讨了两种材料在光催化降解四环素时的差别,并通过表征实验证明材料的成功制得,并对降解机理进行了研究。结果发现,BTTh-2对于四环素的降解效率(90.9%)要远高于BTTh-1的效率(40.7%)。通过表征结果我们发现BTTh-2具有更强的电荷分离能力以及更快的传输速率,而且在光激发之后光生空穴与电子的重组能力较弱,有更强的吸收和利用可见光的能力与较窄的禁带宽度,热稳定性也比较好。
  (2)以4,4’,4’’-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三苯胺为胺基单元,以2,5-噻吩二甲醛,噻吩并[3,2-b]噻吩-2,5-二醛,三噻吩并-2,6-二甲醛和对苯二甲醛,4,4-联苯二甲醛,1,4-二(4-醛基苯基)苯等六种醛单元单体,分别制得了ThTA-1,ThTA-2,ThTA-3和BATA-1,BATA-2,BATA-3等六种聚合物。对于ThTAs系列的材料来说,四环素水溶液的降解实验中,在聚合单体中增加并噻吩的数目可以有效地提高聚合物在可见光下的降解,并且可以得到较好的形貌,具体来说就是,ThTA-1、ThTA-2、ThTA-3三者的降解效率分别是50.1%,68.8%,91.6%;这一系列的材料对于诺氟沙星的降解趋势也是相类似的,分别为57.9,75.1和86.8%。对于BATAs系列的材料,聚合单体中增加联苯环的数目却是会降低催化效率,具体地,从BATA-1、BATA-2到BATA-3,对于四环素水溶液的降解效率从原先的74.2%减小到49.7%,直至29.6%;而且这一系列的材料对于诺氟沙星溶液基本不具备降解效果。通过漫反射光吸收,光电流响应,交流阻抗,比表面积,荧光,热稳定性等测试探讨并噻吩以及联苯环基团数目的增加对于其聚合物光催化性能的影响。具体来说就是含有三个并噻吩基团单体的ThTA-3或是一个苯环单元单体的BATA-1在光的刺激下具有相对较强的光生电荷载流子分离以及传输能力,且对于可见光的吸收与利用能力更高,形貌更好,热稳定性较好。
  (3)以三聚氰胺为胺基单元,以2,5-噻吩二甲醛,噻吩并[3,2-b]噻吩-2,5-二醛,三噻吩并-2,6-二甲醛等三种醛单元单体,制备了ThME-1、ThME-2、ThME-3等三种有机共轭聚合物光催化剂。对于四环素以及诺氟沙星水溶液的降解实验结果表明,在聚合单体中含有三个并噻吩单元的聚合物ThME-3在可见光下具有对于目标污染物最好的光催化效率。对于四环素来说,ThME-1、ThME-2、ThME-3作用下的降解率分别为20.4%、58.1%、73.7%。而且,诺氟沙星的降解趋势也是如此,在三种催化剂作用下分别可以达到32.2%、46.4%和56.9%。系列测试探讨了并噻吩基团数目的增加对于其聚合物光催化性能的影响。这一结果趋势与ThTAs系列聚合物的降解趋势相一致。具体来说就是含有三个并噻吩基团单体的ThME-3在光的刺激下具有相对较强的光生电荷载流子分离以及传输能力,且对于可见光的吸收与利用能力更高,禁带宽度也更窄。
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