应用化学毕业论文新型光催化剂聚吡咯聚苯胺TIO2 的制备与研究.doc

南昌航空大学学士毕业论文 毕业设计（论文） 题 目：新型光催化剂聚吡咯/聚苯胺/TiO2的制备与研究 学 院： 环境与化学工程学院专业名称： 应用化学班级学号： 08021137学生姓名： 梁永敬指导教师： 邓芳二O一二年 六 月 7学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担作者签名： 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

作者签名： 日期：导师签名： 日期： 新型光催化剂聚吡咯/聚苯胺/TiO2的制备与研究学生姓名：梁永敬 班级：080211 指导老师：邓芳摘要：本论文采用溶胶凝胶法，以钛酸四正丁酯为主要原料，以无水乙醇和乙酸混合溶液为介质，制备TiO2，采用原位复合法对TiO2 进行再修饰和处理，获得聚吡咯/聚苯胺/ TiO2，并用透射电子显微镜、X射线衍射仪、紫外可见光谱仪等表征手段分析纳米微粒的粒径、形貌、晶型等; 以对硝基苯酚为模型污染物，考察不同比例聚吡咯/聚苯胺/ TiO2复合微粒在紫外可见光下的光催化活性。

结果表明，聚吡咯和聚苯胺对TiO2光催化活性有积极影响，不同比例的聚吡咯和聚苯胺对TiO2的影响不同，其中以聚吡咯/聚苯胺/ TiO2 =0.75：0.25: 100的影响最好关键词： 纳米TiO2 聚吡咯 聚苯胺 光催化活性 对硝基苯酚 指导老师签名： Preparation and study of new photocatalyst polypyrrole / polyaniline / TiO2Student name：liangyongjing Class:080211 Supervisor：dengfang Abstract：This paper TiO2 nanocomposite was prepared by the sol-gel method, which with Tetrabutyl titanate as the main raw material, and ethanol and acetic acid mixture as medium .Then, we using in situ method to prepared Different radios of polypyrrole-polyaniline-TiO2 . The as-prepared samples, using the transmission electron Microscope, X-ray diffractometer, X-ray photoelectron specific surface area locater and UV-vis spestroscopy meter methods to observe the nanometer particle size, morphology, crystal, surface elements, etc .In addition, we investigate their photocatalytic activities by photocataytic degration of p-nitrophenol solution under UV-vis irradiation.The results shows that: PPy and polyaniline have great effect on TiO2 photoactivity, among them PPy/PAIN/TiO2=0.75:0.25:100 is the best.Keyword: TiO2 nanocomposites PPy PANI photocatalysis p-nitrophenol solutionSIGNATURE OF SUPERVISOR：目 录1 绪论1.1 引言 11.2 高级氧化技术 11.2.1 化学氧化法 11.2.2 湿式氧化法 31.2.3 超临界水氧化法 31.2.4 光催化氧化法 31.3 TiO2光催化的基本原理 41.4 TiO2纳米颗粒在实际应用中存在的问题 51.5 纳米二氧化钛的合成方法 51.5.1 溶胶-凝胶法 51.5.2 沉淀法 61.5.3 微乳液法 81.5.4 水热法 81.6 提高TiO2光催化性能的途径 91.6.1 半导体复合 91.6.2 贵金属沉积 101.6.3 金属离子掺杂 111.6.4 非金属掺杂 131.6.5 表面光敏化 131.7 磁性光催化剂 141.8 研究目的和意义 151.9 研究内容 161.10 选题意义 162 实验部分2.1 实验所用试剂及仪器 162.1.1 实验试剂 162.1.2 实验器材 172.2 实验过程 182.2.1 实验所需溶液的配制 182.2.2 溶胶凝胶法制备纳米TiO2 182.2.3 原位复合法制备聚吡咯/聚苯胺/ TiO2复合微粒 182.2.4 对硝基苯酚最大吸收波长的测定 192.2.5 对硝基苯酚的标准曲线 192.2.6 光催化实验 203 结果与讨论3.1 光催化反应原理与动力学 213.2 X射线衍射分析 223.3 紫外可见漫反射吸收光谱分析 244 总结参考文献 26致 谢 281绪论 1.1 引言随着工业的飞速发展和城市人口的快速增加，水污染问题日益严重，可用水资源越来越少，这给人类的健康和生活带来了潜在的危胁，直接制约了社会的可持续发展。

当今，人们逐渐认识到保护水资源的重要性，对水环境问题的关注不断加强目前常用的废水处理方式分为三大类：物理法、化学法和生物法物理法是通过物理或机械作用分离或回收废水中的污染物，其处理过程不改变污染物的化学性质物理法处理废水技术通常有过滤、沉淀、离心分离、膜分离、吸附、萃取等方法这种方法只是将污染物从一相转移到另一相，污染物本身没有被彻底降解，依然会造成二次污染和污染物的堆积，因此不能从源头上治理水污染问题在实际的废水处理中，物理法往往和其它操作单元和过程组合起来，以达到较高的处理程度化学法主要用于某些工业废水的处理，如酸、碱废水的中和法、去除工业废水中重金属离子的化学沉淀法、某些印染废水处理的化学单混凝法等生物法是利用活性污泥或生物膜上的微生物将废水中的有机物作为它们代谢活动所必需的能源物质，将其转化为代谢终产物CO2和水，从而使废水得到净化生物法是目前最经济适用的方法，然而也存在一定的局限性，如：菌群具有一定的选择性、降解速度缓慢、对于某些有毒物质只能部分降解然而，随着科技的发展，有机污染物的种类增多，其中很多有机污染物采用传统的理化方法与生物方法难以处理，例如，微生物法处理废水时，废水中的一些有毒的持久性有机污染物可能会导致微生物全部死亡。

因此，针对这些生物难降解的有毒有机污染物的处理，需要寻求一种行之有效的方法高级氧化技术是20世纪80年代开始发展起来的处理有机污染物的技术它的特点是通过反应产生羟基自由基（·OH），该自由基具有极强的氧化性，通过自由基反应能够将有机污染物有效地分解，甚至彻底地转化为无害无机物，如二氧化碳和水等高级氧化技术具有氧化性强、操作条件易于控制的优点，因此，引起了世界各国环境科学家的重视，因此，科学家们相继开展了该方向的研究与开发工作1.2 高级氧化技术1.2.1 化学氧化法化学氧化法是往体系中添加化学物质，利用这些物质产生的∙OH将污染物氧化，常见的有Fenton试剂氧化和臭氧氧化两大类1.2.1.1 Fenton试剂氧化Fenton试剂是指 H2O2与Fe2+相结合，在 Fe2+/H2O2 体系中，Fe2+是反应的催化剂该体系中的H2O2在Fe2+的催化作用下分解产生氧化能力极强的∙OH，从而氧化降解有机物Fenton试剂的最佳pH值一般处在2.5~3.5之间因为在这个范围内，Fe2+催化H2O2的能力最强，产生∙OH的速率最大随着人们对Fenton反应体系的深入研究，研究者们将紫外光、可见光、草酸盐、氧气等引入Fenton体系，显著增强了Fenton试剂对有机物的氧化降解能力，并减少了H2O2的用量，降低处理成本。

由于这些改进技术的基本原理与Fenton 反应类似，都是通过H2O2产生∙OH来处理有机污染物，所以这类技术被统称为Fenton类反应Fenton类氧化技术具有设备简单、反应条件温和、操作方便、高效等优点，在处理有毒、有害、难生物降解的有机废水中具有应用潜力，但是由于H2O2价格较贵，单独使用Fenton试剂处理废水的费用高，只适用于低浓度、少量废水的处理将其作为难降解有机废水的预处理或深度处理方法，再与其他处理方法(如生物法、 混凝法等)联用，则可以更好地降低废水处理成本，提高处理效率，拓宽该技术的应用范围1.2.1.2 臭氧氧化臭氧(O3)是一种强氧化剂，其氧化能力仅次于氟，在水溶液中自发分解成含氧自由基，但直接氧化速率低而在碱性体系中，OH-的存在会加速O3的分解，产生∙OHO3氧化主要用于难生物降解的有机废水和一些色度较高的废水中，将含活性染料、阳离子染料、酸性染料、直接染料等水溶性染料废水几乎完全脱色，对不溶于水的分散染料也能获得良好的脱色效果，但对硫化、还原、涂料等不溶于水的染料脱色效果差臭氧氧化法的优点在于氧化能力强，去除污染物的效果显著，处理后废水中的剩余臭氧易分解，不产生二次污染。

但是，单纯使用O3氧化法处理废水存在O3利用率低、氧化能力不足等问题为了提高臭氧。