空心镍锌铁氧体/二氧化钛/聚苯胺复合物的设计构筑及其对染料废水的处理

论文摘要

磁性材料是现代科技中最重要的基础材料之一,人们期望控制纳米磁性物质的组成、结构和形貌以实现其在电磁领域、磁性分离、药物传导、MRI等方面地更广泛应用。近年来,空心纳米粒子因其独特的物理和化学性质引起了许多研究者的浓厚兴趣,比表面积大、密度低使得其在光学、光催化、燃料电池、锂电池、药物释放、靶向药物传导等领域具有潜在的应用前景；二氧化钛在紫外光的作用下,能促进有机化合物的降解,因成本低、稳定性高、毒性低、无二次污染、催化活性强等特点也常常与其它物质复合并应用于水、空气的净化处理；导电聚合物具有稳定光生电子和光生电子空穴的作用,有助于提高对废水中有机污染物的降解活性。综合考虑空心铁氧体的高比表面、易分离回收特点,二氧化钛对有机物的高催化降解性和聚苯胺对稳定光生电子和光生电子空穴的作用以及各自的物理化学特性,本论文设计以空心铁氧体作为载体,在其表面包覆二氧化钛而形成二元复合物,进而在该复合物表面包覆聚苯胺,制备出吸附和降解染料废水性能优良的三元复合物。该复合物不仅具有高效的吸附和降解活性,且便于回收和循环使用,操作简单、无二次污染；通过改变各组分的相对含量及制备条件,提高其吸附和降解有机污染物的效率。基于该选题,本论文的研究内容如下：以葡萄糖溶液为原料,通过水热法制备出分散性良好的碳微球,并以此为模板,用化学沉淀法在其表面包覆氢氧化物,通过热处理除去碳核获得空心铁氧体；用钛酸四丁酯作为钛源,通过微乳液法在空心铁氧体表面包覆含有大量羟基和氢键的Ti（OH）4，再通过热处理脱水使之转化为二氧化钛,即合成了铁氧体/二氧化钛二元复合物；以苯胺为原料,利用原位聚合法,在引发剂过硫酸铵的作用下,使苯胺聚合成柔顺性较好、附着力较强的链状聚苯胺包覆在二元复合物表面,生成铁氧体/二氧化钛/聚苯胺三元复合物。采用现代分析技术表征制备样品的微观结构、形貌、电磁损耗性能、磁性能和比表面等性能,并对其吸附、降解染料废水的性能进行了研究且推测了其对染料的光催化降解原理。结果表明：磁性粒子、二氧化钛和聚合物之间并不是简单的混合,它们之间存在-定的键合作用；复合物的磁性明显小于母体铁氧体,并且与铁氧体的体积分数成正比；ZnFe2O4对于染料废水具有较好的光催化活性,对甲基橙的催化效率可达82%；Ti02对铁氧体的包覆能提高二元复合物对染料废水的光催化降解性能,其中ωTiO2为23.08%的ZnFe2O4/TiO2复合物的光催化活性最佳,几乎和纯二氧化钛的性能相当；PANI的引入能拓宽三元复合物对紫外-可见光的响应范围,具有稳定光生电子和光生电子空穴的作用,提高其光催化效率,其中ω苯胺为50%的PANI复合物几乎能完全降解甲基橙和罗丹明B溶液。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 常见的废水处理方法
• 1.1.1 物理处理法
• 1.1.2 生物处理法
• 1.1.3 化学处理法
• 1.1.4 光催化技术
• 1.2 尖晶石型空心铁氧体
• 1.2.1 铁氧体
• 1.2.2 尖晶石型铁氧体
• 1.2.3 空心铁氧体
• 1.3 二氧化钛复合材料
• 1.3.1 二氧化钛及其复合物的制备方法
• 1.3.2 二氧化钛的光催化效应
• 1.4 聚苯胺复合材料
• 1.4.1 聚苯胺的制备
• 1.4.2 聚苯胺复合物的特点
• 1.5 选题依据和研究内容
• 1.5.1 选题依据
• 1.5.2 研究内容
• 1-xNi_xFe₂O₄铁氧体的制备及其性能测试'>第二章 空心Zn_1-xNi_xFe₂O₄铁氧体的制备及其性能测试
• 2.1 试剂和仪器
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 碳纳米微球的制备
• 2.2.2 空心镍锌铁氧体的制备
• 2.2.3 样品表征
• 2.2.4 光催化试验
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 X-射线衍射
• 2.3.2 微观形貌
• 2.3.3 电-磁损耗性能
• 2.3.4 磁性能
• 2.3.5 废水处理能力
• 2.3.6 吸附-脱吸附曲线和比表面
• 2O₄的光催化降解机理'>2.3.7 ZnFe₂O₄的光催化降解机理
• 2.4 结论
• 2O₄/TiO₂复合物的制备、表征及其光催化降解性能'>第三章 ZnFe₂O₄/TiO₂复合物的制备、表征及其光催化降解性能
• 3.1 试剂和仪器
• 3.2 实验部分
• 2O₄/TiO₂复合物的制备'>3.2.1 ZnFe₂O₄/TiO₂复合物的制备
• 3.2.2 样品的表征
• 3.2.4 光催化试验
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 X-射线衍射
• 3.3.2 红外光谱
• 3.3.3 拉曼光谱
• 3.3.4 形貌
• 3.3.5 电磁损耗
• 3.3.6 磁性能
• 3.3.7 比表面
• 3.3.8 废水处理效果
• 2O₄/TiO₂复合物的光催化降解机理'>3.3.9 ZnFe₂O₄/TiO₂复合物的光催化降解机理
• 3.4 结论
• 2O₄/TiO₂/聚苯胺复合物的制备及其光催化性能'>第四章 ZnFe₂O₄/TiO₂/聚苯胺复合物的制备及其光催化性能
• 4.1 试剂和仪器
• 4.2 实验部分
• 2O₄/TiO₂/PANI复合物的制备'>4.2.1 ZnFe₂O₄/TiO₂/PANI复合物的制备
• 4.2.2 样品的表征
• 4.2.3 光催化试验
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 X-射线衍射
• 4.3.2 热失重曲线
• 4.3.3 红外光谱
• 4.3.4 拉曼光谱
• 4.3.5 形貌
• 4.3.6 电磁损耗
• 4.3.7 电导率
• 4.3.8 磁性能
• 4.3.9 废水处理能力
• 2O₄/TiO₂/PANI复合物的光催化降解机理'>4.3.10 ZnFe₂O₄/TiO₂/PANI复合物的光催化降解机理
• 4.4 结论
• 总结
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢