高效光催化剂的制备及其对3D打印塑料耗材的性能影响研究

发布时间：2017-08-11 21:26

  本文关键词：高效光催化剂的制备及其对3D打印塑料耗材的性能影响研究

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【摘要】：本论文以茶多酚或云母作为掺杂物质,对二氧化钛进行改性,利用溶胶凝胶法制备出含有不同掺杂量在不同温度下煅烧的改性二氧化钛,并探究其光催化性能。采用一系列测试手段对两类光催化剂的晶型、形貌、组成、比表面积、能带结构、光响应范围等进行较详细的表征分析；通过挤出造粒法制备了ABS/TiO_2(茶多酚改性二氧化钛或二氧化钛包覆云母)3D打印塑料耗材,对比注塑成型方法,研究ABS/TiO_2在熔融沉积制造(FDM)成型条件下的力学性能和抗老化性,应用氙灯装置系统地研究其光催化特性。得到主要结论如下：首先,以茶多酚为掺杂物对二氧化钛进行改性。将茶多酚按一定比例添加到钛胶中,采用溶胶凝胶法在低温条件下成功制备了可实现可见光降解的改性二氧化钛,当100 mL钛胶中茶多酚的添加量为1.0 g,煅烧温度为200℃时所制备光催化剂可见光催化效果最佳,可见光光照1h,甲基橙降解率达到94.8%。其次,以云母为掺杂物对二氧化钛进行改性。将云母按一定比例添加到钛胶中,采用溶胶凝胶法在低温条件下成功制备了改性二氧化钛,当100 mL钛胶中云母添加量为4 g,煅烧温度为300℃时所制备的光催化剂紫外光光催化效果最佳,紫外光光照1h,盐酸四环素降解率达到99.5%。其三,采用挤出造粒法制备了一系列含2wt%改性TiO_2的ABS/TiO_2共混物。TiO_2改性ABS改善了ABS的综合力学性能,自制的改性TiO_2较商业P25效果更佳。FDM成型制品效果良好,成品流畅且美观,利于市场产品的开发和使用。其中ABS/茶多酚改性TiO_2,可见光下光照10h后,对亚甲基蓝的降解率达90%。ABS/云母改性YiO_2,紫外光下光照10h后,对盐酸四环素降解率为43.2%。最后,对ABS/TiO_2材料老化行为进行基础研究。人工老化加速15d后,两种成型方法制备的ABS/TiO_2材料拉伸强度和缺口冲击强度的保持率相对纯ABS均有提高。FDM成型制备的ABS/TiO_2材料综合力学性能虽然均低于注塑成型,但紫外光照15d后的保持率却高于注塑成型。对比商业P25,本文自制的ABS/茶多酚改性YiO_2和ABS/云母改性YiO_2在抗老化作用上效果也同样更明显。
【关键词】：二氧化钛 可见光催化 ABS 3D打印 抗老化
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 中文摘要2-3
• Abstract3-5
• 中文文摘5-12
• 绪论12-24
• 0.1 二氧化钛的结构12
• 0.2 TiO_2光催化作用原理12-14
• 0.3 二氧化钛的应用14-15
• 0.3.1 纳米TiO_2光催化领域的应用14-15
• 0.3.2 纳米TiO_2在塑料中的应用15
• 0.4 TiO_2光催化剂存在的问题15-16
• 0.5 熔融沉积制造(FDM)工艺理论16-20
• 0.5.1 FDM工艺简介16-17
• 0.5.2 熔融沉积制造工艺的基本原理17-18
• 0.5.3 FDM制品质量的工艺参数18
• 0.5.4 3D打印塑料耗材的研究进展18-20
• 0.6 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)紫外线老化机理20-21
• 0.7 本论文的研究目的与意义、研究内容和特色创新21-24
• 0.7.1 研究的目的和意义21
• 0.7.2 研究内容21-22
• 0.7.3 研究的创新点22-24
• 第一章 茶多酚改性TiO_2的制备及光催化性能研究24-38
• 1.1 前言24-25
• 1.2 实验部分25-26
• 1.2.1 主要实验药品25
• 1.2.2 主要实验仪器25-26
• 1.2.3 TiO_2-TP光催化剂的制备26
• 1.3 表征与测试26-29
• 1.3.1 晶相结构26
• 1.3.2 冷场扫描电镜26
• 1.3.3 透射电镜26-27
• 1.3.4 傅立叶变换红外光谱仪27
• 1.3.5 表面积27
• 1.3.6 紫外-可见漫反射27
• 1.3.7 紫外光谱分析27-28
• 1.3.8 可见光光催化性能评价28-29
• 1.4 结果与讨论29-35
• 1.4.1 X射线衍射谱图分析29
• 1.4.2 扫描电镜和(高分辨)透射电镜分析29-30
• 1.4.3 红外谱图分析30-32
• 1.4.4 N_2等温吸附-脱附曲线分析32-33
• 1.4.5 紫外-可见漫反射谱图分析33
• 1.4.6 可见光催化性能研究33-35
• 1.5 本章小结35-38
• 第二章 云母包覆TiO_2的制备及其光催化性能研究38-48
• 2.1 前言38
• 2.2 实验部分38-40
• 2.2.1 主要实验药品38-39
• 2.2.2 主要实验仪器39-40
• 2.2.3 TiO_2-mica光催化剂的制备40
• 2.3 表征与测试40-41
• 2.3.1 晶相结构40
• 2.3.2 冷场扫描电镜40
• 2.3.4 傅立叶变换红外光谱仪40-41
• 2.4 紫外光光催化性能评价41-42
• 2.4.1 紫外光光催化实验装置41
• 2.4.2 TiO_2-mica光催化降解盐酸四环素41-42
• 2.5 结果与讨论42-46
• 2.5.1 X射线衍射谱图分析42
• 2.5.2 扫描电镜分析42-43
• 2.5.3 红外谱图分析43-44
• 2.5.4 紫外光催化性能研究44-46
• 2.6 本章小结46-48
• 第三章 3D打印制备ABS/TiO_2塑料耗材及其性能分析48-62
• 3.1 前言48
• 3.2 实验部分48-51
• 3.2.1 主要设备与仪器48-49
• 3.2.2 主要实验药品49
• 3.2.3 实验配方设计49-50
• 3.2.4 试样的制备50-51
• 3.3 性能测试与表征51-52
• 3.3.1 力学性能51
• 3.3.2 表面形态51
• 3.3.3 熔体流动速率51
• 3.3.4 光催化性能评价51-52
• 3.4 结果与讨论52-59
• 3.4.1 注塑成型和3D打印不同方法制备样条力学性能分析52-53
• 3.4.2 形态结构分析53-56
• 3.4.3 熔体流动速率分析56-57
• 3.4.4 光催化性能分析57-59
• 3.5 3D打印产品展示59
• 3.6 本章小结59-62
• 第四章 ABS/TiO_2材料老化行为基础研究62-68
• 4.1 前言62
• 4.2 实验部分62-63
• 4.2.1 实验原料和设备62-63
• 4.2.2 基础配方设计63
• 4.3 性能测试与表征63
• 4.4 实验结果与分析63-67
• 4.4.1 注塑成型制备的ABS/TiO_2材料光照前后力学性能分析63-65
• 4.4.2 3D打印制备的ABS/TiO_2材料光照前后力学性能分析65-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第五章 结论与展望68-72
• 5.1 结论68-69
• 5.2 展望69-72
• 附录 172-74
• 附录 274-76
• 参考文献76-86
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果86-88
• 致谢88-90
• 个人简历90-94

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