具有共轭结构的环化聚丙烯腈修饰二氧化钛纳米微粒材料的光催化活性研究

纳米二氧化钛光催化降解有机污染物已经成为治理环境污染的新技术，但其禁带宽度为3.2eV，只能被紫外光激发，难以充分利用太阳光能，因此其应用范围受到限制。最近研究表明，具有共轭结构的导电聚合物能够有效改善纳米二氧化钛可见光催化活性。本研究拟合成不同分子量的聚丙烯腈，通过控制环化反应条件，得到具有共轭结构的环化聚丙烯腈，利用浸渍法或原位聚合法制备环化聚丙烯腈修饰二氧化钛纳米微粒材料，以苯酚、甲基橙等为模型污染物，研究环化聚丙烯腈修饰二氧化钛纳米微粒材料的可见光催化性能。从而建立环化聚丙烯腈的共轭结构与二氧化钛可见光催化活性之间的关系，揭示可见光照射下的光生电子/空穴的产生及其在复合材料表面的分布情况，探索二氧化钛纳米微粒材料的可见光催化活性提高的原因，进一步研究有机污染物在可见光下的光催化降解机理，充分利用太阳光，节约能源，降低成本，为实现二氧化钛降解有机污染物的工业应用奠定基础。

纳米二氧化钛光催化降解有机污染物已经成为治理环境污染的新技术，但其禁带宽度为3.2eV，只能被紫外光激发，难以充分利用太阳光能，因此其应用范围受到限制。本课题通过合成具有不同分子量的聚丙烯腈，控制环化反应条件，得到具有共轭结构的环化聚丙烯腈，利用浸渍法制备环化聚丙烯腈修饰的二氧化钛纳米微粒材料，以活性艳红、甲基橙和罗丹明B等为模型污染物，研究了环化聚丙烯腈修饰二氧化钛纳米微粒的可见光催化活性，探索了可见光催化活性提高的原因，进一步研究了有机污染物在可见光下的光催化降解机理。研究结果表明，聚丙烯腈随着环化温度和环化时间的提高的提高，环化率明显提高。少量环化聚丙烯腈修饰二氧化钛后，可以明显提高二氧化钛的可见光催化活性。当聚丙烯腈和二氧化钛的摩尔比为1:200时，环化温度为300°C，环化时间为1h时，光催化活性最高。纳米复合微粒在可见光下催化降解活性艳红溶液的反应速率是纳米TiO2的12.45 倍。环化聚丙烯腈修饰二氧化钛纳米复合微粒通过FTIR、Raman、TEM、XRD、DRS、XPS、FES、SSA等手段进行表征，研究了复合微粒的微观结构及形貌。在研究过程中还发现，其他具有共轭结构的聚合物修饰二氧化钛，同样可以提高二氧化钛在可见光下的光催化活性。如聚苯胺、聚吡咯、热处理聚氯乙烯、处理聚异戊二烯等，为研究共轭聚合物修饰二氧化钛纳米微粒的结构及性能奠定基础。本课题共发表相关期刊论文9篇，授权发明专利1项，培养研究生5人。