ZnO@PAN纳米纤维复合膜的制备及其性能研究

发布时间：2020-07-29 13:16

【摘要】：近年来,负载金属氧化物的静电纺纳米纤维复合膜的制备及其性能研究,已经成为新材料研发的重要热点之一。负载金属氧化物的静电纺纳米纤维复合膜不仅具备了纳米纤维复合膜超高的比表面积,还同时具有了金属氧化物的特殊物理化学特性。纳米纤维复合膜由于性能的多样性,使这种材料的应用也越来越广泛,在环境工程、医药科学、能源存储、传感器、军事等方面的应用前景十分广阔。本文首先通过水热反应在静电纺PAN纳米纤维复合膜上负载ZnO纳米线,研究了纺丝液中PAN和醋酸锌的比例、热分解反应温度、水热反应环境对PAN纳米纤维复合膜上ZnO纳米线生长状态的影响。通过SEM、TG、FTIR等测试对ZnO@PAN纳米纤维复合膜进行了表征,发现纺丝液中PAN和Zn(AC)2的比例为10:1.5、热分解温度为150℃、水热反应中添加体积比为20:1的氨水时,PAN纳米纤维复合膜上的ZnO纳米线生长密度最均匀,长度和细度最好。在PAN和Zn(AC)2的比例10:1.5时,对比了不同分解温度下的ZnO@PAN纳米纤维复合膜在500W的紫外光下对罗丹明B溶液的光催化性能,并采用Langmuir Hinshelwood模型分析ZnO@PAN纳米纤维复合膜的催化动力学。通过对样品的强力、BET、催化效果、催化动力学分析、催化稳定性进行分析,发现ZnO@PAN纳米纤维复合膜的强力可以达到0.44MPa以上,比表面积可以达到39.049m2/g,在两小时内对罗丹明B的降解效率为66.73%,在进行5次循环实验之后,降解性能仍然在60%以上。证明负载ZnO的静电纺纳米纤维复合膜具有一定的光降解性能。为了进一步提高ZnO@PAN纳米纤维复合膜光催化性能,论文通过ZnO纳米线直径优化和Sm元素掺杂改性,发现改性后获得的ZnO@PAN纳米纤维复合膜在相同条件下对罗丹明B溶液的降解性能可以达到96.4%,并且再经过5次循环实验之后纳米纤维复合膜的光催化性能依然在90%以上,说明改性后的负载ZnO的静电纺纳米纤维复合膜具有工业应用前景。另外,论文还探究了罗丹明B溶液的酸碱性和初始浓度对ZnO@PAN纳米纤维复合膜光降解性能的影响,发现在罗丹明B溶液偏碱性和浓度偏低时,ZnO@PAN纳米纤维复合膜的光催化性能最好。本文的研究结果对于负载金属氧化物的静电纺纳米纤维复合膜的制备及其在印染废水处理领域的应用具有重要的参考价值。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2;TQ340.64
【图文】：

１．３．３磁控溅射法逡逑磁控溅射制备ＺｎＯ纳米薄膜的方法是目前应用较多，而且技术已经相对成逡逑熟，制备的原理如下图１－２所示：利用电场对电子产生加速的同时让电子与加速逡逑室内的氩气高速碰撞，Ａｒ元素变成Ａｒ＋从电场中获得能量高速运动撞向靶材上的逡逑原子团，并最终在衬底的表面实现沉积。磁控溅射相较传统的溅射有其独特的优逡逑点，磁控溅射同时具有一个电场和一个正交磁场，同时作用Ａｒ＋的加速和运动轨逡逑迹，纳米薄膜的沉积速度有了明显的提高。逡逑５逡逑

将添加了锌盐的纺丝液转移至油浴锅中加热搅拌，在６０°Ｃ的条件下以ｌ0ｒ／ｓ逡逑的转速搅拌３小时，得到最终的纺丝液，将纺丝液取出静置１小时，去除纺丝液逡逑中的气泡，装瓶待用，配置过程如下图２－１所示。逡逑Ｔ邋Ｔ邋祖邋＿逡逑磁力搅拌器逦６０。0油浴３小时逦装瓶待用逡逑图２－１纺丝液配置流程图逡逑（二）静电纺丝逡逑将静置好的纺丝液移至５ｍｌ的注射器中，针头选用１８号的平头针，在纺丝逡逑电压为１２ＫＶ，溶液注射速度为０．７ｍｌ／ｈ，纺丝距离为１６ｃｍ的丨：艺参数进行纺丝，逡逑制备的纳米纤维沉积在静止的接收板（接地）上，持续纺丝４ｈ，最终得到逡逑Ｚｎ（ＡＣ）２／ＰＡＮ纳米纤维复合膜。根据前期实验探索，本文选用三种比例逡逑１２逡逑

将添加了锌盐的纺丝液转移至油浴锅中加热搅拌，在６０°Ｃ的条件下以ｌ0ｒ／ｓ逡逑的转速搅拌３小时，得到最终的纺丝液，将纺丝液取出静置１小时，去除纺丝液逡逑中的气泡，装瓶待用，配置过程如下图２－１所示。逡逑Ｔ邋Ｔ邋祖邋＿逡逑磁力搅拌器逦６０。0油浴３小时逦装瓶待用逡逑图２－１纺丝液配置流程图逡逑（二）静电纺丝逡逑将静置好的纺丝液移至５ｍｌ的注射器中，针头选用１８号的平头针，在纺丝逡逑电压为１２ＫＶ，溶液注射速度为０．７ｍｌ／ｈ，纺丝距离为１６ｃｍ的丨：艺参数进行纺丝，逡逑制备的纳米纤维沉积在静止的接收板（接地）上，持续纺丝４ｈ，最终得到逡逑Ｚｎ（ＡＣ）２／ＰＡＮ纳米纤维复合膜。根据前期实验探索，本文选用三种比例逡逑１２逡逑

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本文编号：2774013