可见光响应温控TiO2光催化剂的合成及对水中多硝基酚类持久性污染物降解研究

设计、合成在水溶液中易于分离回收且与有机污染物具有良好相容性和吸附能力的可见光响应TiO2光催化材料是实现TiO2光催化技术进一步发展和工业化应用的关键科学问题。本项目基于β-环糊精(β-CD)的分子包络识别作用和N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)的温敏特性，提出了将β-CD包络识别单元、NIPAM温控溶解单元和可见光响应TiO2光催化单元有机结合，设计合成一类新型“可见光响应温控TiO2”的概念和研究思想。通过掺杂和敏化，合成了可见光响应多壁碳纳米管(MWCNTs)/TiO2、SiO2气凝胶/TiO2以及聚邻苯二胺(PoPD)/TiO2复合光催化剂。在此基础上，以紫外光和无皂乳液聚合两种不同方法，合成出可见光响应温控复合TiO2光催化剂。可逆温敏实验研究表明，复合光催化剂具有优异的可逆温敏“开-关”特性。低温时，光催化剂在水中的溶胀为non-Fickian扩散；高温时，光催化剂在水中的溶胀过程为Fickian扩散。吸附实验显示，可见光响应温控复合TiO2光催化剂对DNBP的最大吸附量较之MWCNTs/TiO2显著提高。在可见光下，温控复合TiO2光催化剂可以有效降解水相中的多硝基酚类污染物。可见光响应温控TiO2复合催化剂具有良好的化学稳定性、方便的回收性、优异的循环利用性和广泛的适用性。