Nafion-TiO2雜化離子膜的制備及其對(duì)PCBs的光催化降解研究.pdf

1、作為首批被《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》列入需要控制的12種持久性有機(jī)污染物(Persistent Organic Pollutants，簡(jiǎn)稱POPs)之一的多氯聯(lián)苯（Polychlorinated biphenyls，簡(jiǎn)稱PCBs），因其理化性質(zhì)穩(wěn)定、難于被化學(xué)或生物降解，雖早已被全球禁用多年，但仍然可在當(dāng)前的環(huán)境中發(fā)現(xiàn)其廣泛的殘存。由于PCBs具有極強(qiáng)的親脂疏水性，且易通過(guò)食物鏈的富積作用而具有潛在的毒性和致癌性，從而嚴(yán)重

2、地威脅著生態(tài)環(huán)境和人類健康。
　　大量的研究表明，通過(guò)TiO2作為光催化劑來(lái)降解治理PCBs污染的效果明顯且節(jié)能易行，是當(dāng)前此領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向之一。而采用Nafion與TiO2復(fù)合制備Nafion/TiO2雜化薄膜，不僅可作為固載ZiO2避免其流失及提高其重復(fù)利用率的有效手段，而且還可以一定程度上增加了Nafion薄膜酸性中心的暴露，從而增強(qiáng)了其催化能力。
　　本文以全氟磺酸樹脂Nafion作為載體和改性劑，研究了TiO2

3、的固載化技術(shù)以及Nafion/TiO2雜化薄膜對(duì)PCBs的光催化降解性能。分別利用溶膠重鑄法、粉末重鑄法以及原位溶脹水解沉積法制備了不同TiO2溶膠和粉末含量的Nafion/TiO2雜化薄膜;綜合XRD、SEM、FT-IR、TG-DTA、XPS、UV/vis等測(cè)試手段表征了雜化薄膜的微觀結(jié)構(gòu)與光催化性能;通過(guò)GC-MS分別對(duì)Nafion/TiO2雜化薄膜對(duì)2，4，5-PCB溶液與Aroclor1254溶液的光催化降解作了研究;此外，還對(duì)

4、無(wú)紡布基Nafion/TiO2光催化濾布的制備及其應(yīng)用做了初步的探索。主要研究成果如下:
　　（一）在Nafion薄膜中通過(guò)原位溶膠-凝膠法制備了Nafion/TiO2雜化薄膜。以水為主要溶劑的反應(yīng)配方體系[Ti(OC4H9)4∶H2O∶C2H5OH∶HNO3（質(zhì)量比）=8∶100∶4∶0.8]，在室溫下合成出平均粒徑約為47.5nm并且具有銳鈦礦晶型的TiO2納米晶溶膠，并且通過(guò)ZiO2溶膠在Nafion薄膜中原位溶脹沉積等方法

5、合成了Nafion/TiO2雜化薄膜。
　?。ǘ㎞afion/TiO2雜化薄膜具有聚四氟乙烯骨架結(jié)構(gòu)，并且ZiO2的晶型得到了較好地保持，雜化薄膜的熱穩(wěn)定性也有所提升，但隨著ZiO2含量的增加會(huì)降低Nafion/TiO2雜化薄膜的韌性，研究結(jié)果證實(shí)，復(fù)合薄膜中產(chǎn)生了新的化學(xué)鍵:Ti-O-S，ZiO2晶粒與全氟磺酸樹脂間存在牢固的化學(xué)鍵結(jié)合。
　　（三）所制得的Nafion/TiO2雜化薄膜對(duì)PCBs具有較好的光催化降解能力

6、，對(duì)濃度為640μg/L的2，4，5-PCB溶液和1000μg/L的Aroclor1254溶液的光催化降解率最高可達(dá)97.3％和98％。在濃度為6.4mg/L的2，4，5-PCB溶液的光催化降解過(guò)程中同時(shí)存在著異構(gòu)反應(yīng)和脫氯反應(yīng)，揭示出了PCBs類物質(zhì)的光催化一般規(guī)律。
　?。ㄋ模┩ㄟ^(guò)浸漬提拉鍍膜法制備的無(wú)紡布基Nafion/TiO2光催化濾布，經(jīng)強(qiáng)紫外光長(zhǎng)時(shí)間輻照老化實(shí)驗(yàn)后，依然具有較好的強(qiáng)度以及韌性，理論上可應(yīng)用于環(huán)境污水治理