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聚四氟乙烯超细纤维负载二氧化钛光催化剂制备与性能研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1 课题研究背景

1.1.2 染料废水特性及处理方法

1.2 光催化技术的发展状况

1.2.1 光催化氧化降解原理

1.2.2 光催化氧化降解法优缺点

1.2.3 光催化剂制备方法

1.3 二氧化钛研究现状

1.3.1 二氧化钛特性

1.3.2 二氧化钛的制备及催化性能

1.3.3 影响二氧化钛光催化因素及解决方法

1.4 聚四氟乙烯的特性及制备方法

1.4.1 聚四氟乙烯结构特点

1.4.2 聚四氟乙烯纤维性能

1.4.3 聚四氟乙烯纤维制备方法

1.5 静电纺丝法制备聚四氟乙烯纳米纤维

1.5.1 静电纺丝发展史

1.5.2 静电纺丝原理

1.5.3 静电纺丝影响因素

1.6 本课题的研究内容及意义

第二章 聚四氟乙烯纳米纤维膜的制备及表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料及设备

2.2.2 实验过程

2.2.3 纳米纤维形貌的表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 溶质质量比对纤维形态的影响

2.3.2 硼酸加入量对纤维形态的影响

2.3.3 搅拌时间对纤维形态的影响

2.3.4 电压对纤维形态的影响

2.3.5 接收速率对纤维形态的影响

2.3.6 接收距离对纤维形态的影响

2.4 本章小结

第三章 PTFE纳米纤维负载TiO2光催化剂的制备与结构表征

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料及设备

3.2.2 PTFE纳米纤维膜负载TiO2光催化剂的制备

3.2.3 测试与表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 TiO2/PTFE光催化剂形貌与X-射线能谱(EDS)分析

3.3.2 傅立叶红外光谱(FT-IR)分析

3.3.3 X-射线光电子能谱(XPS)分析

3.3.4 结晶性能分析

3.4 本章小结

第四章 PTFE纳米纤维负载TiO2光催化剂催化性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验原料及设备

4.2.2 实验过程

4.3 结果与分析

4.3.1 不同反应体系下光催化剂降解效率对比

4.3.2 光强度对光催化降解效率的影响

4.3.3 光催化剂对不同类型染料降解效率的对比

4.3.4 光催化剂对不同浓度染料降解效率的对比

4.3.5 光催化剂制备条件对降解效率的影响

4.3.6 循环利用对光催化降解效率的影响

4.4 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

攻读硕士期间主要科研成果

致谢

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摘要

传统印染废水的处理方法虽然成本低、操作简单,但存在处理周期长、清除不彻底、易引起二次污染等缺点,近年来兴起的纤维载体光催化降解方法很好的避免了上述不足。聚四氟乙烯(PTFE)具有高强度、耐酸碱性和耐温性等优异性能,尤其适合于作催化剂载体。本文主要研究了采用静电纺丝法制备PTFE/PVA/硼酸纳米纤维膜后,通过浸渍-烧结法制备PTFE纳米纤维膜负载二氧化钛(TiO2)光催化剂,并探讨了其对亚甲基蓝染料的光催化降解性能。
  首先,采用单因素变量法设计实验条件,探讨了影响静电纺PTFE/PVA/硼酸纳米纤维形貌的因素,通过SEM图像及直径分布确立了静电纺丝的最佳工艺参数:PTFE/PVA的质量比为15∶1,硼酸添加量为15 uL,搅拌时间14h,电压为30 kV,接收速率为200 r/min,接收距离为15 cm。
  其次,将PTFE/PVA/硼酸纳米纤维膜浸泡在钛酸四丁酯、无水乙酸及无水乙醇的混合溶液中进行负载,然后经煅烧,制成具有光催化性能的TiO2/PTFE光催化剂,并用SEM、EDS、FT-IR、XPS和XRD等测试手段证实了浸渍烧结后PTFE/PVA/硼酸纳米纤维膜上生成了TiO2颗粒。
  最后,利用TiO2/PTFE光催化剂进行光催化氧化降解亚甲基蓝实验,探讨了光催化降解效率的影响因素,结果表明:光照条件下降解率远大于暗态;辐照距离为30 cm时,光强最适宜,降解效率最高;相对于甲基橙和酸性红,光催化剂对亚甲基蓝降解效率更高;降解效率与染料浓度成反比;纤维直径在600-700 nm,分布范围较窄时,降解效率较高;在波长为365 nm,功率为300 W的紫光灯照射下,浸渍7h,烧结温度为450℃,保温时间为15 min时,降解效率最佳。另外,还研究了循环利用次数对降解效率的影响,实验证明:循环5次后,亚甲基蓝的降解率仍可达46%左右,具有一定重复利用性。这为纯TiO2光催化剂易凝聚回收困难,易造成二次污染,提供了新的解决途径。

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