杂多酸盐掺杂聚苯胺的合成及光催化性能

论文摘要

采用固相合成法,以Keggin结构过渡金属单取代型杂多酸盐为掺杂剂,制备了6种新型杂多酸盐聚苯胺掺杂材料。分别通过紫外-可见光谱、红外光谱、X-射线粉末衍射、荧光光谱、热重分析和扫描电子显微镜对掺杂材料的结构和形貌进行了表征,测定了材料的导电性和水溶性。结果显示,杂多酸盐掺杂聚苯胺材料是由带正电荷的聚苯胺高分子链和带负电荷的杂多阴离子构筑而成,所合成的掺杂材料表现出较好的热稳定性和导电性。合成的掺杂材料在导电率改变上变化明显,在室温下,掺杂材料最好的电导率为100 S/cm,可以满足导体的需要。扫描电镜下显示合成的掺杂材料呈片状、空心球和微米管形态。本实验研究了掺杂材料对有机染料的光催化活性。考察了光催化剂的投加量、溶液的初始pH值、溶液的初始浓度、光源等几个因素对光催化氧化降解刚果红、龙胆紫和亚甲基蓝速率的影响。其结果是酸性条件有利于刚果红的降解,中性条件有利于龙胆紫的降解,碱性条件有利于亚甲基蓝的降解。分别找到了掺杂材料降解染料的最佳条件,在最佳条件下,以30W紫外灯为光源,α-SiW11Ti/PANI为光催化剂,光照120min,9 mg/L刚果红脱色率为91.18% ;分别以β2-SiW11Ti/PANI（S）、β2-SiW11Ti/PANI（L） SiMo11Ti/PANI、PW11Ti/PANI、PMo11Ti/PANI为催化剂,紫外光照射10mg/L刚果红150min,可使刚果红的脱色率依次为73.51%、75.16%、85.7%、75.7%、82.8%。以太阳光照射10mg/L刚果红150min,刚果红脱色率依次为77.43%、77.64%、68.4%、77.0%、80.8%。在光催化降解龙胆紫的最佳条件下,分别以β2-SiW11Ti/PANI（S）、β2-SiW11Ti/PANI（L）为催化剂,紫外光照射150min后,龙胆紫脱色率分别为93.53%和90.41%;太阳光照射150min后,龙胆紫脱色率分别为96.32%和91.52%。在光催化降解亚甲基蓝的最佳条件下,以β2-SiW11Ti/PANI（S）为催化剂,分别以紫外光和太阳光照射150min后,亚甲基蓝脱色率分别为98.47%和93.98%。最后研究了杂多酸盐/聚苯胺光催化降解染料为二级或三级动力学反应,并对可能机理进行了初探。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 杂多酸的结构与性质
• 1.2.1 杂多酸的结构
• 1.2.2 杂多酸的衍生结构
• 1.2.3 杂多酸的新奇结构
• 1.2.4 Keggin 型杂多酸的结构特性
• 1.2.5 杂多酸的结构表征
• 1.2.6 杂多酸的性质
• 1.3 杂多酸的光催化降解有机废水进展
• 1.4 聚苯胺（PANI）
• 1.4.1 聚苯胺的链结构
• 1.4.2 聚苯胺的合成方法
• 1.4.3 聚苯胺的掺杂机理
• 1.4.4 聚苯胺的应用
• 1.5 杂多酸掺杂聚苯胺杂化材料的研究现状
• 1.6 取代型杂多酸掺杂聚苯胺杂化材料的研究现状
• 1.7 本课题的研究目的、意义和内容
• 1.7.1 本课题的研究目的和意义
• 1.7.2 本课题研究的主要内容
• 2 实验部分
• 2.1 主要仪器
• 2.2 主要试剂及原料
• 2.3 杂多酸盐聚苯胺掺杂材料的合成
• 2-SiW₁₁Ti/PANI 的固相合成'>2.3.1 α，β₂-SiW₁₁Ti/PANI 的固相合成
• 2-SiW₁₁Ti/PANI 的液相合成'>2.3.2 β₂-SiW₁₁Ti/PANI 的液相合成
• 11Ti/PANI 的固相合成'>2.3.3 SiMo₁₁Ti/PANI 的固相合成
• 11Ti/PANI 的固相合成'>2.3.4 PW₁₁Ti/PANI 的固相合成
• 11Ti/PANI 的固相合成'>2.3.5 PMo₁₁Ti/PANI 的固相合成
• 2.4 杂多酸盐/PANI 掺杂材料的性质测定
• 2.4.1 掺杂材料的热稳定性
• 2.4.2 掺杂材料电导率的测定
• 2.4.3 掺杂材料溶解度的测定
• 2.5 杂多酸盐/PANI 掺杂材料的光催化性能研究
• 2.5.1 染料的最大吸收波长的测定
• 2.5.2 光催化降解实验
• 3 结果与讨论
• 3.1 杂多酸盐聚苯胺掺杂材料的表征
• 3.1.1 杂多酸盐聚苯胺掺杂材料的紫外可见光谱
• 3.1.2 杂多酸盐聚苯胺掺杂材料的红外光谱
• 3.1.3 杂多酸盐聚苯胺掺杂材料的X-射线粉末衍射
• 3.1.4 杂多酸盐聚苯胺掺杂材料的扫描电子显微镜
• 3.2 杂多酸盐聚苯胺掺杂材料的性能
• 3.2.1 杂多酸盐聚苯胺掺杂材料的热稳定性
• 3.2.2 杂多酸盐聚苯胺掺杂材料的荧光性
• 3.2.3 杂多酸盐聚苯胺掺杂材料的导电性
• 3.2.4 杂多酸盐聚苯胺掺杂材料的溶解性
• 3.3 杂多酸盐聚苯胺掺杂材料光催化降解刚果红的研究
• 11Ti/PANI 光催化降解刚果红'>3.3.1 α-SiW₁₁Ti/PANI 光催化降解刚果红
• 2-SiW₁₁Ti/PANI（S,L）光催化降解刚果红'>3.3.2 β₂-SiW₁₁Ti/PANI（S,L）光催化降解刚果红
• 11Ti/PANI 光催化降解刚果红'>3.3.3 SiMo₁₁Ti/PANI 光催化降解刚果红
• 11Ti/PANI 光催化降解刚果红'>3.3.4 PW₁₁Ti/PANI 光催化降解刚果红
• 11Ti/PANI 光催化降解刚果红'>3.3.5 PMo₁₁Ti/PANI 光催化降解刚果红
• 2-SiW₁₁Ti/PANI（S）的光催化性能'>3.4 β₂-SiW₁₁Ti/PANI（S）的光催化性能
• 2-SiW₁₁Ti/PANI（S）光催化降解龙胆紫'>3.4.1 β₂-SiW₁₁Ti/PANI（S）光催化降解龙胆紫
• 2-SiW₁₁Ti/PANI（S）光催化降解亚甲基蓝'>3.4.2 β₂-SiW₁₁Ti/PANI（S）光催化降解亚甲基蓝
• 3.5 光催化活性的可能机理
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢