【摘要】：膠原纖維(CF)是廢棄動物質(zhì)資源的主要成分,來源廣泛、價廉易得,具有特殊的化學特性和天然的介觀結(jié)構(gòu),其分子上豐富的活性基團易與植物多酚和Ti4+等金屬離子結(jié)合。而楊梅單寧(BT)作為一種天然植物多酚,其分子上含有大量的鄰位酚羥基,也可與多種金屬離子形成穩(wěn)定的五元鰲合環(huán),同時其苯分子的骨架架構(gòu)具有有效的空間位阻,可作為一種優(yōu)良的穩(wěn)定劑來防止納米顆粒的團聚。因此,膠原纖維接枝楊梅單寧是制備纖維態(tài)介孔鈦基納米催化劑的理想生物模板。傳統(tǒng)上,鈦基納米催化劑多用于光催化劑,但一直存在禁帶寬度大,可見光催化活性弱的問題,常采用金屬離子摻雜的手段提高TiO2的可見光催化活性。基于此,本文以楊梅單寧接枝膠原纖維為生物模板,無機金屬鹽為前驅(qū)體,合成出了一系列纖維狀金屬離子摻雜的介孔TiO2納米光催化劑,主要研究內(nèi)容如下:(1)制備Ag摻雜TiO2納米光催化劑,所制備的催化劑具有均一的介孔結(jié)構(gòu),完整保存了膠原纖維天然的多級纖維形貌和介觀結(jié)構(gòu)。在制備條件的優(yōu)化中,樣品的煅燒溫度和Ag的摻雜量都存在一個最佳值,500 ℃和Ag/Ti摩爾比為0.2時,樣品的晶相為單一銳鈦礦型,晶粒尺寸為7.1nm,明顯小于TiO2的9.7nm;比表面積為111.65 m2/g顯著高于Ti02的62.21 m2/g;帶隙能為2.451 eV,明顯小于TiO2的3.131 eV;在可見光下對甲基橙溶液的降解率在40 min內(nèi)即達到90.3%,遠高于未摻雜TiO2的4.34%�？梢�,摻雜Ag明顯提高了TiO2的可見光催化活性。(2)制備Bi摻雜介孔Bix/TiO2納米纖維光催化劑,該催化劑也完整的復制了膠原纖維的特殊形貌。Bi的摻雜能很好地抑制晶粒的生長,提高催化劑的比表面積,使Ti02的吸收邊發(fā)生紅移。在最佳煅燒溫度500 ℃和摻雜量0.02(Bi/Ti摩爾比)下,Bi0.02/TiO2的吸收邊紅移至448nm,可見光照射60min時,樣品對亞甲基藍溶液的降解率便達93.1%,遠高于未摻雜TiO2的41.9%。(3)制備Sn摻雜介孔Ti02納米纖維,在制備過程中發(fā)現(xiàn),一定量的Sn摻雜會使樣品同時具有金紅石相和銳鈦礦相。例如,在500 ℃的燒溫度下,Sn0.03/TiO2纖維就為混晶結(jié)構(gòu),并且其吸收光譜的紅移程度最大為426nm,禁帶寬度下降至2.911 eV。此外,鍛燒溫度和摻雜量會對金紅石相產(chǎn)生較大影響,適量金紅石相有利于提高催化活性,因此500 ℃下煅燒的Sn0.03/TiO2樣品具有最高的催化活性,可見光下,80min內(nèi)對羅丹明B的降解率為99.1%,顯著高于未摻雜TiO2的44.5%。
【圖文】：

得到Ａｇｘ／Ｔｉ０２納米纖維（ｘ為Ａｇ＋與Ｔｉ４＋的摩爾比）。逡逑２．２．２．４邋Ａｇｘ／Ｔｉ０２纖維的制備原理逡逑圖２－１為Ａｇ／Ｔｉ０２纖維的合成示意圖，，膠原纖維能通過氫鍵和疏水鍵和植物逡逑多酚結(jié)合，而ＣＦ側(cè)鏈上的氨基能和醛發(fā)生加成反應，因此我們將戊二醛作為逡逑ＣＦ和ＢＴ的交聯(lián)劑，通過Ｍａｎｎｉｃｈ反應，將ＢＴ牢固地接枝在ＣＦ表面，得到逡逑ＣＦ－ＢＴ；接著利用ＢＴ分子上豐富的羥基基團與Ｔｉ４＋和Ａｇ＋兩種離子進行絡和，逡逑得到ＣＦ－ＢＴ－Ｔｉ＠Ａｇ前驅(qū)體；隨后，在空氣氛中煅燒脫除模板，在該過程中，大逡逑量的Ｔｉ４＋轉(zhuǎn)化為Ｔｉ０２顆粒并堆砌構(gòu)成無機納米纖維的骨架，而少量的Ａｇ＋，一部逡逑分以氧化物的形式摻入Ｔｉ０２＿納米纖維的無機壁中形成雜質(zhì)能級，另一部分則被逡逑還原成單質(zhì)Ａｇ沉積在Ｔｉ０２表面起到電子整流作用。逡逑１５逡逑

２．３．３邋Ｘ－射線粉末衍射逡逑２．３．３．１邋Ａｇ摻雜量對Ｔｉ０２晶體結(jié)構(gòu)的影響逡逑圖２－５為在５００邋°Ｃ下煅燒４ｈ的不同摻Ａｇ量的Ａｇｘ／ＴｉＯ２（ｘ邋＝邋０，邋０．０５，邋０．１，逡逑０．５，０．２邋和邋１）纖維的邋ＸＲＤ邋圖。由圖可知，Ａｇｘ／Ｔｉ０２在邋２０邋為邋２５．４、３８．０、４８．１、逡逑５４．２、５５．０、６２．７、６９．１、７０．４和７５．３°有共同的特征峰，根據(jù)ＸＲＤ標準圖譜中逡逑卡片ＪＣＰＤＳ８４－１２８６查詢可知，這幾處的特征峰分別對應銳鈦礦Ｔｉ０２邋（１０１）、逡逑（００４）、（２００）、（１０５）、（２１１）、（２０４）、（１１６）、（２２０）、（２１５）晶面的衍射峰，可見合逡逑成的樣品都是單一的銳鈦礦相Ｔｉ０２。根據(jù)衍射峰的尖銳程度可知，Ａｇｘ／Ｔｉ０２的結(jié)逡逑晶度都較為完整，在Ａｇ／ｎ0２邋（ｘ邋＝邋０，０．０５，邋０．１，０．５和０．２）的ＸＲＤ圖譜中都逡逑未發(fā)現(xiàn)Ａｇ２０或ＡｇＧ的特征峰，一方面是由于Ａｇ＋的離子半徑（１．２６Ａ）遠遠大于逡逑Ｔｉ４＋的粒子半徑（０．６８邋Ａ）
【學位授予單位】：福州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;O644.1

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