树状纳米纤维增强TiO2/BiOX可见光催化降解性能研究
光催化氧化技术以其成本低和氧化能力强等优势，在印染废水处理领域备受关注。二氧化钛（TiO2）和卤氧化铋（BiOX，X=I、Br、Cl）作为性能优异的半导体材料，一直是光催化领域的研究热点，但仍面临太阳光利用率较低以及粉末状光催化剂易团聚、难回收等问题，限制了其在印染废水处理中的实际应用。针对上述问题，本文首先利用静电纺丝技术制备了树枝状聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维膜，并将其作为载体负载TiO2以及TiO2/BiOI异质结以构建高效光催化体系；随后，借助含有偕胺肟基团的改性聚丙烯腈纤维（AO-PAN）作为载体，通过一步溶剂热法原位合成了负载Fe掺杂卤氧化铋固溶体（Fe-BiOClxI1-x）的纤维光催化剂。使用多种技术手段对合成的纤维光催化剂进行表征分析，考察了其在染料降解中的光催化活性，并对各种催化反应体系的光催化机理进行了探索。 结果显示，树枝状PVDF纳米纤维膜由平均直径为310nm的主干纤维和直径为5-100nm的分支纤维构成，TiO2能够均匀分布于主干和分支纤维表面。与常规PVDF纳米纤维膜负载TiO2光催化剂相比，这种树枝状纳米纤维膜显示出更高的亲水性和比表面积，使其对水中染料的平衡吸附量提升了6.4倍；同时也显示出更优异的光催化性能，在紫外光和可见光下对染料的降解速率常数分别提升了2.0和3.3倍。树枝状纳米纤维的高比表面积为进一步生长BiOI提供更多的负载位点，使其能够成功构筑TiO2/BiOI异质结，而且BiOI的引入明显增强了其可见光响应能力。树枝状纳米纤维膜的高比表面积促进了对染料分子的吸附以及异质结构界面的光生电荷分离，使最优的复合光催化剂在可见光下降解染料的活性比单独负载TiO2和BiOI的纤维光催化剂分别高出3.2和3.6倍，并表现出优异的循环利用性能。此外，通过AO-PAN中偕胺肟基团与Fe离子较强的配位能力，使得Fe离子能够作为桥梁增强卤氧化铋（BiOClxI1-x）与纤维的结合程度。同时，纤维配体与Fe之间的配位作用，不仅可以通过LMCT效应提升光催化剂的可见光响应能力，并能够促进光催化剂反应界面的电荷分离，使其显示出较高的光催化活性，可见光照60min即可将RhB完全降解。
树枝状纳米纤维;改性PAN纤维;TiO2;BiOX;光催化降解性能
天津工业大学
硕士
纺织工程
韩振邦;王科林
2022
中文
X703.5
2023-07-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）