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基于多金属氧酸盐(POM)的功能复合膜的制备、表征与特性研究

李丹峰  
【摘要】: 利用溶胶-凝胶结合旋涂及煅烧等技术,制备了两类具有光化学活性的负载型缺位多金属氧酸盐复合膜材料PW_(11)/SiO_2,SiW_(11)/SiO_2,GeW_(11)/SiO_2;PW_(11)/SiO_2,SiW_(11)/TiO_2,GeW_(11)/TiO_2。利用紫外漫反射光谱、红外光谱、固体核磁共振波谱,电感耦合等离子体原子发射光谱和X-射线粉末衍射等手段对上述新材料进行了组成测定和结构表征。结果表明,形成复合膜材料后,母体多金属氧酸盐的基本结构仍然保留,而且与SiO_2(TiO_2)网络之间存在强化学作用,其结果是导致多金属氧酸盐分子被牢固地束缚在SiO_2(TiO_2)网络上。利用扫描电子显微镜测试手段对上述膜材料的表面物理性质和形貌进行了分析。结果表明,这类耐水性复合材料的厚度在纳米级 (250~400nm),并具有均匀的表面结构。 以低浓度甲酸(FA)水溶液在近紫外光照射下的降解反应为模型反应研究了三种SiO_2负载型缺位多金属氧酸盐复合膜的非均相体系光催化活性、反应动力学和反应机理。结果表明,在温和条件下(常温、常压和自然酸度),用近紫外区的光能辐射以上体系时,三种多金属氧酸盐复合膜材料都具有较高的活性,而且FA可被完全矿化为二氧化碳和水。水溶液中微量FA的降解反应遵循Langmuir-Hinshelwood表观一级动力学模式。 通过水溶液中偶氮类染料CR,NBB的降解反应系统研究了PW_(11)/TiO_2,SiW_(11)/TiO_2,GeW_(11)/TiO_2三种复合膜的光催化活性。结果表明三种复合膜均具有远高于纯TiO_2膜的活性,主要归因于复合膜材料中多金属氧酸盐和TiO_2之间存在的协同效应,即作为强电子受体的多金属氧酸盐接受TiO_2受光激发形成的导带光生电子,延长了空穴-电子的再复合时间,同时自身仍具有光活性。通过对降解过程中生成的中间产物的研究,推断出光催化降解的路径。反应过程中活性组分几乎未发生渗漏的事实证明了此类复合膜在反应体系中非常稳定。因此,耐水性多金属氧酸盐复合膜的制备,有效解决了POM在均相体系 中无法回收的难题,具有明显的实用价值。本课题的研究为寻找光催 化活性与TIOZ相当或更高的非均相光催化新材料奠定了基础,也为多 金属氧酸盐光催化净化大规模的工业污水提供了基础研究数据。 通过对一些气体(NH3,NOZ,CZHSOH和 C6H6)的气敏状况测试, 考察了POM/TIOZ复合膜的气敏性能。发现与TIOZ相比,对于毒性较 大的气体(NO。和 NH*,POM/TIO。复合膜既具有较低的工作温度(约 420*30K)同时又具有高的多的气敏性能。我们推断,两种膜气敏特 性的差异与膜上的POM的电子受体功能以及膜的吸附能力的提高有 关。此研究为进一步开拓POM/TOZ复合膜作为气敏材料的应用领域 提供了基础研究数据。


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