微波与离子液体辅助合成聚苯胺与PAn/TiO2复合材料的研究

论文摘要

在众多的导电高分子材料中,聚苯胺（PAn）具有环境稳定性好、结构多样化、电导率高和掺杂机制特殊等特点,且制备成本低廉,是最具有应用前景的导电高聚物之一。目前,聚苯胺已经运用于能源、光电子器件、传感器、分子器件以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术等领域。本文以苯胺为单体,过硫酸铵为引发剂,硫酸为掺杂剂,采用微波法和微波辅助离子液体法,合成了导电高分子-聚苯胺;具体考察了聚合过程中对聚苯胺性能影响较大的四个因素:微波作用温度、微波作用时间、微波功率和离子液体用量;此外,在二氧化钛（TiO2）的悬浮液中,合成了不同聚苯胺含量的PAn/TiO2复合材料。本文采用四探针电导率仪、红外光谱仪、X-射线衍射仪、热重分析仪和紫外-可见光谱仪等现代分析测试手段对聚苯胺的电导率、化学结构、热稳定性和结晶性等进行了分析与表征。研究了PAn/TiO2复合材料中聚苯胺含量对光催化降解性能的影响并且探讨了PAn/TiO2复合材料的光催化降解机理。研究结果表明,过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1:1,微波作用温度为60℃,微波作用时间为25min,微波功率为800w,聚苯胺的电导率达0.29S/cm;在聚合体系中加入离子液体有利于提高聚苯胺的电导率,电导率可达0.61S/cm;红外光谱分析表明,聚苯胺的质子酸掺杂是一个质子化过程,质子化反应优先发生在醌式结构单元的亚胺氮原子上;X-射线衍射和热重分析结果表明,微波辅助离子液体法合成的聚苯胺的结晶度更高,具有更好的热稳定性;苯胺的体积为0.3ml,PAn/TiO2复合材料中PAn与TiO2对甲基橙的降解效果达到最佳协同效应;在可见光照射下,PAn/TiO2复合材料吸收光子产生“电子-空穴”对;“电子-空穴”对能与水反应生成羟基自由基和超氧自由基来降解甲基橙。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 微波
• 1.2 微波加速化学反应的原理
• 1.2.1 微波热效应
• 1.2.2 微波非热效应
• 1.3 离子液体
• 1.3.1 离子液体的特点及分类
• 1.3.2 离子液体的应用
• 1.4 聚苯胺
• 1.4.1 聚苯胺的结构
• 1.4.2 聚苯胺的合成方法
• 1.4.3 聚苯胺的应用
• 1.5 聚苯胺复合材料
• 1.5.1 聚苯胺与聚合物的复合
• 1.5.2 聚苯胺与无机粒子的复合
• 1.5.3 聚苯胺与碳纳米管的复合
• 1.6 本课题研究的内容与意义
• 2 实验部分
• 2.1 实验试剂和仪器
• 2.2 实验装置图
• 2.3 实验研究内容
• 2.3.1 微波法合成聚苯胺
• 2.3.2 微波辅助离子液体法合成聚苯胺
• 2 复合材料的制备'>2.3.3 PAn/TiO₂复合材料的制备
• 2.4 聚苯胺的表征
• 2.4.1 红外光谱
• 2.4.2 紫外可见光谱
• 2.4.3 电导率的测定
• 2.4.4 X-射线衍射
• 2.4.5 热重分析
• 2 复合材料的表征'>2.5 PAn/TiO₂复合材料的表征
• 2.5.1 紫外可见光谱
• 2.5.2 光催化降解甲基橙
• 3 结果与讨论
• 3.1 聚苯胺的合成和性能研究
• 3.1.1 微波作用温度对聚苯胺性能的影响
• 3.1.2 微波作用时间对聚苯胺性能的影响
• 3.1.3 微波功率对聚苯胺性能的影响
• 4 离子液体用量对聚苯胺性能的影响'>3.1.4 BmimBF₄离子液体用量对聚苯胺性能的影响
• 3.1.5 BmimCl 离子液体用量对聚苯胺性能的影响
• 3.1.6 红外光谱分析
• 3.1.7 X-射线衍射分析
• 3.1.8 紫外-可见光谱分析
• 3.1.9 热重分析
• 2 复合材料的制备和性能研究'>3.2 PAn/TiO₂复合材料的制备和性能研究
• 2 光催化降解甲基橙溶液'>3.2.1 纯TiO₂光催化降解甲基橙溶液
• 2 复合材料光催化降解甲基橙的影响'>3.2.2 苯胺用量对PAn/TiO₂复合材料光催化降解甲基橙的影响
• 2 复合材料的光催化性能'>3.2.3 PAn/TiO₂复合材料的光催化性能
• 2 复合材料的紫外可见光谱'>3.2.4 PAn/TiO₂复合材料的紫外可见光谱
• 2 复合材料重复使用时催化效果'>3.2.5 PAn/TiO₂复合材料重复使用时催化效果
• 2 复合材料的光催化降解机理'>3.2.6 PAn/TiO₂复合材料的光催化降解机理
• 4 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录