多孔二氧化硅纤维的制备及负载催化性能研究
以二氧化钛为代表的半导体材料，因具备优良光催化活性而得以广泛研究及应用于降解污染物、发展新型可再生能源等领域。目前研究中采用的二氧化钛多数是纳米粉体，难免出现纳米颗粒的团聚、与产物不易分离、回收循环使用繁琐等问题。无机多孔材料因其耐热性，耐腐蚀性，高比表面积等优异性质得到广泛应用。静电纺丝技术是制备无机多孔材料的一种高效方法，因此，本文利用静电纺丝法制备多孔结构的SiO2纤维，并将TiO2与之复合制成负载型催化剂。研究了多孔SiO2纤维的制备方法，以及负载TiO2的多孔纤维催化剂在光降解甲基橙实验中的催化性能。研究内容如下: (1)通过煅烧PVP/TEOS/P123复合纤维制备了多孔SiO2纤维。其中P123为模板剂。随着P123在纺丝液中含量的提升，纤维中出现更多孔隙与条带，纤维直径在1um左右，FTIR、XRD等结果确认多孔纤维成分为SiO2。P123含量为4.9wt.％时，纤维中存在介孔，比表面积5.71m2/g，平均孔径7.093nm;采用PAN/PVP模板法制备了多孔SiO2纤维。FTIR、EDS等结果确认多孔纤维成分为SiO2。PVP含量为10wt.％时，纤维中存在介孔，比表面积647.26m2/g，平均孔径2.3nm;通过乳液聚合制备了直径100nm左右的PS微球，以PS作为模板剂煅烧PVP/TEOS/PS复合纤维制备了多孔SiO2纤维。随着PS在纺丝液中含量增多，纤维表面存在更多的点状凸起。PS含量为4.5wt.％时，纤维中存在介孔，比表面积5.52m2/g，平均孔径7.94nm。 (2)通过同轴静电纺丝制备了中空SiO2纤维。在芯层纺丝液基体选用PVP时中空纤维形貌良好，芯层推进速率增大时纤维内径增加。芯层推进速率1.2mL/h时，中空纤维外径1um，内径633nm。FTIR、XRD等结果确认中空纤维成分为SiO2。 (3)对比三种方案制备的多孔SiO2纤维表征结果，优选PAN/PVP模板法制备负载型TiO2/SiO2多孔纤维催化剂，对多孔纤维进行SEM、XRD、FTIR、N2吸附等表征，结果表明TiO2含量为12.0wt.％时，在SiO2纤维中有一定负载量，分散性好，粒径大小22.5nm，纤维结晶度达99.80％，比表面积达238.72m2/g。TiO2浓度为2.0g/L时，多孔纤维催化剂在120min后对甲基橙的光催化降解率达96.5％，高于实心纤维催化剂的88.3％，说明TiO2/SiO2多孔纤维催化剂具备更优良的光催化活性。
二氧化硅纤维;静电纺丝法;多孔结构;二氧化钛;催化性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
温世鹏
2017
中文
TQ426
91
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）