基于二氧化鈦表面羅丹明B分子印跡光催化劑的制備及性能研究.pdf

1、TiO2因催化活性高，反應(yīng)速率快，成本低，無(wú)毒等特性，被公認(rèn)為最具潛力的半導(dǎo)體光催化材料。然而，TiO2光催化反應(yīng)選擇性差，其應(yīng)用受到了限制。分子印跡技術(shù)(MIT)是一種制備對(duì)目標(biāo)化合物具有高度親和力和選擇性的聚合物材料的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、環(huán)境、食品以及催化等領(lǐng)域。將MIT應(yīng)用于TiO2光催化劑的改性，對(duì)改善其催化選擇性能具有十分重要的意義。
　　本研究以羅丹明B（RhB）為模板分子，TiO2為載體，采用表面分子印跡技術(shù)分別制

2、備了紫外光和可見(jiàn)光響應(yīng)的RhB表面印跡光催化劑（RhB-MIP/TiO2和MIPRhB-PPy/TiO2）并對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。系統(tǒng)考察了兩種印跡光催化劑的吸附平衡、吸附動(dòng)力學(xué)、吸附選擇性和選擇性催化活性等性能。在此基礎(chǔ)上，分別探討其印跡、識(shí)別、吸附和催化機(jī)理。研究的主要結(jié)論如下:
　　1.羅丹明B分子印跡光催化劑(RhB-MIP/TiO2)的制備及性能研究
　　(1)以RhB為模板分子，采用分子印跡技術(shù)制備了RhB表面分子

3、印跡光催化劑(RhB-MIP/TiO2)，并采用FT-IR、SEM和XRD等多種表征手段研究了RhB-MIP/TiO2的結(jié)構(gòu)和形貌特征，結(jié)果表明，RhB-MIP/TiO2納米顆粒表面粗糙不平，表面印跡層厚度約為6nm。
　　(2)靜態(tài)結(jié)合實(shí)驗(yàn)表明，RhB-MIP/TiO2對(duì)RhB顯示出良好的親和性和吸附選擇性，Scatchard分析揭示，RhB-MIP/TiO2對(duì)RhB具有高低不同親和力的兩類(lèi)結(jié)合位點(diǎn)，其中高低親和力結(jié)合位點(diǎn)的離解

4、常數(shù)分別為0.1379和0.6146μmol/mL，最大表觀結(jié)合量分別為28.52和88.07μmol/g。吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，RhB-MIP/TiO2具有快速吸附的動(dòng)力學(xué)特征，其吸附行為可用準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程加以描述。吸附熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，RhB-MIP/TiO2對(duì)RhB的吸附是自發(fā)進(jìn)行的，且吸附是吸熱過(guò)程。選擇性吸附實(shí)驗(yàn)表明，RhB-MIP/TiO2對(duì)RhB的靜態(tài)分配系數(shù)明顯大于其對(duì)照物，對(duì)對(duì)照物羅丹明6G(Rh6

5、G)和亞甲基藍(lán)(MB)的分離因子均達(dá)到了2以上，RhB-MIP/TiO2對(duì)RhB具有顯著的專(zhuān)一分子識(shí)別能力。
　　(3)選擇性降解實(shí)驗(yàn)表明，RhB-MIP/TiO2降解RhB的表觀速率常數(shù)為0.0212min-1，分別是降解Rh6G和MB(0.0081min-1和0.0078min-1)的2.6和2.7倍。RhB-MIP/TiO2對(duì)RhB具有較高的催化選擇性。
　　2.羅丹明B導(dǎo)電聚吡咯/TiO2印跡光催化劑(MIPRhB-

6、PPy/TiO2)的制備及性能研究
　　(1)以RhB為模板分子，采用表面分子印跡技術(shù)制備了導(dǎo)電聚吡咯/TiO2光催化劑(MIPRhB-PPy/TiO2)。采用TEM、XRD、DRS以及瞬態(tài)光電流響應(yīng)等多種表征手段研究了MIPRhB-PPy/TiO2的形貌和結(jié)構(gòu)特征，結(jié)果表明MIPRhB-PPy/TiO2表面印跡層厚度約為2nm，在可見(jiàn)光區(qū)可以吸收更多的光子，能夠高效地分離光生空穴和電子對(duì)。
　　(2)靜態(tài)結(jié)合實(shí)驗(yàn)中，MIP

7、RhB-PPy/TiO2對(duì)RhB顯示出良好的親和性和選擇性吸附性能，Scatchard分析表明，MIPRhB-PPy/TiO2對(duì)RhB具有高低不同親和力的結(jié)合位點(diǎn)，其中高低親和力結(jié)合位點(diǎn)的離解常數(shù)分別為20.75和82.64μmol/L，最大表觀結(jié)合量分別為7.41和14.07μmol/g。吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，MIPRhB-PPy/TiO2在前25 min內(nèi)對(duì)RhB的吸附速率較快，50 min后基本達(dá)到飽和吸附，其吸附行為可用準(zhǔn)二級(jí)吸附

8、動(dòng)力學(xué)方程加以描述。MIPRhB-PPy/TiO2對(duì)RhB的靜態(tài)分配系數(shù)明顯大于其他對(duì)照物，對(duì)對(duì)照物的分離因子均達(dá)到了1.75以上，MIPRhB-PPy/TiO2對(duì)RhB具有顯著的專(zhuān)一分子識(shí)別能力。
　　(3) MIPRhB-PPy/TiO2對(duì)RhB降解的表觀速率常數(shù)為0.0158min-1，分別是Rh6G和MB降解（0.0082min-1和0.0072min-1）的1.9和2.2倍。MIPRhB-PPy/TiO2對(duì)RhB具有較高