聚吡咯基纳米材料的简易制备及在有机染料去除中的应用

发布时间：2020-07-26 07:21

【摘要】：纳米材料相对于体相材料在物理化学性质上发生了很大变化。在催化领域,纳米材料具有不可比拟的优势,尤其是对有机染料的催化还原和Fenton降解效果甚佳。纳米粒子不稳定和容易聚集的缺陷是桎梏其广泛应用的主要弊端。为解决这一问题,人们通常将纳米粒子锚定在合适的载体上。导电高分子聚吡咯(polypyrrole,简写PPy)因结构疏松多孔、密度小、比表面积大、及分子链带有大量正电荷成为纳米粒子的理想载体。除了聚吡咯外,氧化石墨烯因其表面官能团丰富,电子迁移率高,比表面积大等特点也成为一种优异的纳米粒子载体。但是其二维片层结构极易堆叠致使其性能大打折扣。若将氧化石墨烯与聚吡咯复合成凝胶,就可以形成三维分级多孔结构,充分发挥二者优势。另外,含氮碳材料不仅吸附性能优良,氮原子还起到锚定纳米粒子的作用,提高其稳定性。相较于传统降解方法,光-芬顿法氧化能力强,处理有机污染物应用潜力更大。采用反应模板法一步制备由纳米珠构成的PPy水凝胶做为罗丹明B(rhodamine B,简写RhB)吸附剂。以Fe_3O_4纳米粒子为模板,稀盐酸刻蚀产生Fe~(3+)引发吡咯聚合。在吸附RhB的实验中,PPy与RhB分子存在氢键和π-π相互作用,降解过程符合准二级吸附动力学方程和Langmuir模型,说明物理吸附与化学吸附并存。由于PPy水凝胶具有分级多孔结构,可作为载体锚定Pd纳米粒子,所形成的催化剂在催化还原RhB的过程中展现了优异的催化活性和良好的循环利用性。以MoO_3纳米棒为初始反应模板,一步制备出兼具催化活性和超顺磁性的Pd-Fe_3O_4@PPy中空纳米管。在制备过程中,MoO_3模板的刻蚀,Pd纳米粒子的制备,Fe_3O_4纳米粒子的合成及吡咯单体的聚合一步完成。以四硝基苯酚的催化还原为标准试验评估纳米管的催化活性,化学反应速率常数和转化频率分别高达0.318和368 min~(-1)。这两个数值比其它文献报道高出很多,证明了Pd-Fe_3O_4@PPy中空纳米管对有机染料的还原具有优异的催化能力。采用两步法制备出具有光芬顿性质的氧化还原石墨烯/Fe_xO_y/氮掺杂的碳层(rGS/Fe_xO_y/NCL)气凝胶。首先制备氧化还原石墨烯/普鲁士蓝/聚吡咯水凝胶作为前驱体,高温热解后形成具有三维多孔结构的rGS/Fe_xO_y/NCL气凝胶。在光芬顿法降解RhB的实验中,探究了pH值,Fe_xO_y负载量,H_2O_2与催化剂用量,及RhB浓度的影响。捕获剂实验发现~·OH是主要活性种,电子和空穴对有机染料的降解也有一定的贡献。质谱分析鉴定了RhB降解的中间产物及途径。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;TB383.1;O643.36
【图文】：

示意图,聚合机理,聚吡咯,示意图

图 1-1 聚吡咯聚合机理示意图[10]近年来，已经有各种方法试图将 PPy 塑造成不同的纳米结构，例如纳米球胶囊，纳米管和纳米纤维等[11-14]。作为纳米级的 PPy 粒子具有以下优点小，比表面积大，粒子之间相互连接可形成宏观疏松、微观分层多孔的结可有效将污染物分子吸附。

示意图,复合材料,过程,示意图

图 1-2 SiO2@PS@PPy 复合材料和 PPy 胶囊制备过程示意图[12]纳米颗粒状[14]PPy：使用聚乙烯醇(PVA)作为稳定剂，将氯化铁作 PVA 水溶液中形成 PVA/铁阳离子络合物，吡咯单体与铁阳离子接的反应性位点处聚合。PVA 不仅可以确保良好的生物相容性，还y 纳米粒子的均匀生长，这样水分散聚合一步合成均匀的 PPy 纳米颗

示意图,示意图,过氧化物酶,氧化石墨

图 1-3 rGO/PdxAuy/PPy 制备过程示意图[20]究者将酶引入，使用生物法催化降解染料。制备出-氧化石墨烯上的过氧化物酶纳米复合材料[21]用于具有电子传导性质和生物相容性的聚吡咯-纤维素-氧ONC)，用于固定姜过氧化物酶(GP)，通过 GO 大面

【相似文献】