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CM-β-CD(P)-TiO_2杂化材料的制备及其光催化性能研究

米裕莲  
【摘要】:近年来,二氧化钛以其独特的光催化性能成为人们降解有机污染物所青睐的对象。基于有机-无机杂化材料可实现有机和无机材料性能互补和优化的特点,将二氧化钛和合适的有机物杂化,有望获得性能更为优良的光催化剂。而环糊精作为一种具有特定功能的有机物,能选择性包结许多有机、无机、生物分子等。由此出发,本文通过溶胶-凝胶法制备了羧甲基-β-环糊精及其聚合物和二氧化钛的杂化材料,并以甲基橙为有机污染物模型考察了其光催化性能,最后对材料的超分子行为进行了探究。本文结构如下: 1 概述了有机-无机杂化材料的分类、制备方法、表征手段及应用,综述了基于二氧化钛和基于环糊精的有机-无机杂化材料研究进展,以及关于二氧化钛和环糊精相结合的研究进展。 2 通过溶胶-凝胶法制备了羧甲基-β-环糊精及其聚合物和ZiO_2的杂化材料,即材料CM-β-CD-TiO_2(Ⅰ)、CM-β-CD-TiO_2(Ⅱ)、CM-β-CDP-TiO_2(Ⅲ)。以IR、XRD、TG、EDAX、SEM、荧光光谱、元素分析等对三种杂化材料进行了分析表征,结果表明羧甲基-β-环糊精及其聚合物和TiO_2通过羧基以化学键键连。 3 以甲基橙为有机污染物模型,考察了三种杂化材料的光催化性能。 (1) 比较了杂化材料与HAc-TiO_2、TiO_2的光催化性能,结果表明杂化材料的光催化性能十分显著,明显优于HAc-TiO_2和TiO_2。其中当甲基橙溶液初始pH=5.31时,CM-β-CD-TiO_2(Ⅱ)光催化降解15 min的脱色率为96.0%;当甲基橙溶液初始pH=3.40时,CM-β-CD-TiO_2(Ⅱ)光催化降解15 min的脱色率为97.4%,CM-β-CDP-TiO_2(Ⅲ)则为98.7%。 (2) 研究了甲基橙溶液初始pH值对杂化材料光催化性能的影响,发现pH值越小,材料的光催化性能越好。 (3) 研究了杂化材料中CM-β-CD(P)的含量对光催化性能的影响,发现CM-β-CD(P)的含量越高,光催化性能越好。 (4) 比较了三种杂化材料的光催化性能,发现其优劣顺序为:CM-β-CD-TiO_2(Ⅱ)CM-β-CDP-TiO_2(Ⅲ)CM-β-CD-TiO_2(Ⅰ)。 4 通过荧光分析初步研究了杂化材料包结客体分子萘、3-羟基-2-萘甲酸、1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚的超分子行为。


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