纳米复合材料的制备及光降解性能研究

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1、学校代号11799学号2007600083分类号X5密级硕士学位论文论文题目：纳米ZnO/PS复合材料的制备及光降解性能研究论文作者：冉德超指导教师姓名、职称：傅敏（教授）学科专业：环境工程研究方向：环境功能材料及污染控制学位授予单位：重庆工商大学论文提交日期：2010年4月20日答辩日期：2010年6月11日2010年6月8日学校代号：11799学号：2007600083密级：重庆工商大学硕士学位论文纳米ZnO/PS复合材料的制备及光降解性能研究学位申请人姓名：冉德超导师姓名及职称：傅敏教授培养单位：环境与生物工程学院专业名称

2、：环境工程论文提交日期：2010年4月20日论文答辩日期：2010年6月11日答辩委员会主席：张云怀I摘要目前，有关无机纳米粒子复合有机高分子聚合物的研究已经成为国内外的研究热点，即通过无机纳米粒子与有机高分子聚合物复合来改善和提高双方的各种性能。本文利用无机纳米粒子ZnO与有机高分子聚合物聚苯乙烯（PS）高速共混，制备了纳米ZnO/PS复合材料，充分利用纳米ZnO的光催化氧化性能来提高PS的光催化降解性能；由于纳米ZnO的禁带宽度为3.37eV，只可利用≤368.8nm范围的紫外光，因此有必要对其进行掺杂，降低其禁带宽度，增加

3、其利用光的范围。因此本实验主要从以下三个方面进行研究。（1）纳米ZnO/PS粉末光催化性能研究，利用正交实验确定反应的最佳条件为纳米ZnO:PS为1:1，焙烧温度为300℃，焙烧时间为0.5h，所得的样品在可见光条件下对甲基橙的5h降解率为17.2%，较纯纳米ZnO的8%有所提高。SEM表明复合PS之后的纳米ZnO的分散性良好，表面包覆了少许有机物。但样品在紫外光条件下对甲基橙的5h降解率要低于纯纳米ZnO对甲基橙的降解率。通过对复合粉末的光催化反应动力学研究发现，纳米ZnO和复合材料在可见光或紫外光条件下对甲基橙的降解均符合一

4、级反应动力学方程。（2）利用纳米ZnO与聚苯乙烯（PS）高速共混法制备了一种在紫外光下具有自降解性能的复合薄膜。分析表明经过KH570处理的纳米ZnO与PS通过化学键的方式桥联在一起。TG分析表明，复合薄膜的耐热性较PS有所提高；SEM图像显示0.5wt%ZnO在PS薄膜表面分布均匀，经过UV照射后薄膜表面出现光腐蚀现象。复合薄膜紫外光自降解实验表明：0.5wt%ZnO/PS薄膜在15w的紫外灯照射下，15天的自降解率达到3.7150%。（3）以二水醋酸锌和九水硝酸铁为原料，通过溶胶-凝胶法制备了Fe掺杂纳米ZnO，然后通过溶液

5、共混的方法制备了Fe/ZnO/PS复合薄膜，利用XRD、IR、TG、SEM、UV-Vis和荧光光谱对薄膜进行结构分析。并对薄膜在紫外光下的自降解性能进行了研究，发现Fe掺杂纳米ZnO/PS薄膜在15w紫外灯下连续照射15天后的光降解率为4.7363%，较纯纳米ZnO/PS薄膜的光降解率提高了1.0213%。关键词：纳米ZnO；聚苯乙烯(PS)；复合材料；自降解IIAbstractAtpresent,theinorganicnanoparticlecompositesoforganicpolymershasbecomeahotsp

6、otathomeandabroad,thattakefulladvantageofthespecialnatureoftheinorganicnano-particlestoorganicpolymerstoimproveandenhancethephysicalandchemicalproperties.ThepaperperparednanoZnO/PScompositematerialsusednano-ZnOandorganicpolymerspolystyrene(PS).Thephotocatalyticdegrad

7、ationofPSwasimprovedbyusingthephotocatalyticoxidationofnano-ZnO.Thenano-ZnOcanonlybeusedLessthan368.8nmUVrangesincethebandgapwas3.37eV.Sothatitisnecessarytocarryoutitsdoping,reduceitsbandgapandincreaseitsrangeoflightuse.Thisexperimentstudiedthefollowingthreeaspects(1

8、)Studyonthephoto-catalyticperformanceofnano-ZnO/PSpowder.Wefoundthatthebestreactionconditionfornano-ZnO:PSwas1:1,calcinationstemper