纳米二氧化钛负载改性天然高分子材料的研究_许鹏

许　鹏等　纳米二氧化钛负载改性天然高分子材料的研究

纳米二氧化钛负载改性天然高分子材料的研究＊

３２２１２２

许　鹏１　孔令为２，　张　义　贺　锋　夏世斌　徐　栋　吴振斌＃

（武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北　武汉４１．３００７０；

中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室，湖北　武汉４２．３００７２；

）浙江省环境保护科学设计研究院，浙江　杭州３３．１０００７

再以戊二醛为中间反应物进行丝瓜络及纳米二氧化钛的交联反应从而　　摘要　对丝瓜络及纳米二氧化钛进行接枝改性处理，

在丝瓜络表面形成纳米二氧化钛薄膜，制备复合光催化剂。通过傅立叶变换红外光谱仪（及扫描电子显微镜（对样品结ＦＴＩＲ）ＳＥＭ）形貌进行了分析表征，表明纳米二氧化钛通过ＫＨ室温下，以甲基橙为底物在３构、５５０的连接负载到了丝瓜络表面；６５ｎｍ波长的紫外光照射下进行光催化降解试验，结果表明，复合光催化剂对甲基橙的催化降解率达到３且重复性光降解试验表明其可持２．２１％，续光降解能力较好。

　　关键词　丝瓜络　纳米二氧化钛　负载　光催化

１２３２

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成本较　　天然高分子材料由于原料较容易获得、

同时对微生物无毒害作用，传质性能好，因而适合低，

用于微生物膜载体材料。这些新材料的开发和应用但这些材料存在表面润湿拓宽了水处理技术的思路，

性不足、机械强度较低等缺点，且在有机物浓度较低

］１３－

，使用寿命短［在工程应用上受时易被微生物分解，

］４５－

。催化剂载体不仅能有效这种方法无二次污染［

固定催化剂，防止其流失，而且能使催化剂具有较高提高光源利用率。研究较多的光催化的比表面积，

剂载体主要有无机载体及有机载体２大类：常用的无机载体包括玻璃、硅胶、碳纤维、陶瓷、沸石、金属有机载体包括高分子聚合物、阳离子交换剂等；

］６１０－

。植物纤维作为有机高分子材料的一种类等［

到了一定的限制。因此，可以考虑其在非生物处理工艺上的应用，发挥其比表面积大的优点对其用于光催化剂负载改性，强化其作为载体的作用，同时也可以使光催化材料得到有效回收，提高使用效率。　　光催化在环境领域主要是利用紫外线诱导光催

化剂的氧化还原能力，实现对污染物的高效降解，且

型，国内外对其负载纳米二氧化钛的研究相对较少。

１１］

胡校东等［对廉价易得、比表面积大及具有较强吸

附能力的棉纤维采取溶胶－凝胶法负载二氧化钛并以酸性橙Ⅱ和酸性嫩黄２Ｇ模拟废水进行光催化降

１２］解，考察了不同因素对降解率的影响。杨佳佳［通

＃通讯作者。第一作者：许　鹏，男，硕士研究生，主要从事水污染控制工程与水体生态修复研究。１９８８年生，

；；国家“十二五”水专项（湖北省自然科学基金资助项目（Ｎｏ．３１１２３００１）Ｎｏ．２０１２ＺＸ０７１０１００７００５）Ｎｏ．＊国家自然科学基金资助项目（－

）；）。浙江省省属科研院所专项（２０１０ＣＤＡ０６６Ｎｏ．２０１４Ｆ５００２５

·４７·

６卷　第１０期　２０１４年１０月　环境污染与防治　第３

过化学结合方法制备了二氧化钛／苎麻纤维复合材料，并对甲基橙及罗丹明Ｂ进行光催化降解实验，取得了较好的降解效果。丝瓜络作为一种存在广泛的植物纤维，国内外将其用作吸附材料研究较多：如

［３］

利用丝瓜络和甘蔗渣制备新型吸附ＡＲＡＣＥＬＩ等１

［４］

剂处理水体中的抗生素扑热息痛；ＧＨＡＮＩＡ等１

瓶，然后置于８备用。做３个０℃水浴锅反应１．０ｈ，平行样。

）加入纳米二氧化钛粉末４　　（

分别称取１ｇ纳米二氧化钛粉末溶于上述溶液每隔４的烧瓶中继续反应２．０ｈ，０ｍｉｎ将烧瓶放置。完成后，于超声仪上分散１将条形丝瓜络取０ｍｉｎ出简单清洗置于烘箱８装封口袋，待测试。５℃烘干，１．２．２　交联负载法

（）ＫＨ方法同直接负载法。１５５０的乙醇溶液配制：

（）改性纳米二氧化钛的制备：称取约５ｇ纳米２

并将烧二氧化钛粉末加入到ＫＨ５５０的乙醇溶液中，。将此溶液置于５杯放置于超声仪上分散１５ｍｉｎ０用乙醇洗涤、５ｈ后滤纸过滤，８０℃℃水浴锅反应１．

，烘箱中烘干并细心研磨后称取２ｇ备用。）环形丝瓜络与ＫＨ（将环形丝瓜３５５０的反应：

络放入ＫＨ５５０的乙醇溶液中。为使环形丝瓜络与反应时采取磁力搅拌，搅拌时温ＫＨ５５０接触均匀，度控制为５将环０℃。该反应持续１．５ｈ。完成后，形丝瓜络取出后８称重备用。０℃烘箱中烘干，

（）交联反应：配制戊二醛和乙醇（两者以１４０的混合溶液，倒入１Ｌ烧杯中，ｍＬ∶４９０ｍＬ配制）将与ＫＨ５５０反应过的环形丝瓜络放入上述溶液中，反应０．将改性完后的纳米二氧化钛粉末溶于５ｈ；。此时，并超声分散１向溶液中再５００ｍＬ水中，５ｍｉｎ加入１将刚分散完的纳米二氧化钛溶液０ｍＬ戊二醛，。完成后，继续磁力搅拌０马上加入１Ｌ烧杯中，．５ｈ将环形丝瓜络取出在乙醇与水的混合溶液（水∶乙醇）体积比为４中清洗，称重存袋。∶１８０℃烘箱中烘干，１．３　降解甲基橙试验设计

测量不同催化降解时间内甲基橙溶液在最大波长４利用甲基橙的工作曲线算出６３ｎｍ处的吸光度，其浓度，得到复合光催化剂的光催化降解率（。Ｄ，％）

（／）Ｄ＝（Ａ０－Ａ）Ａ０）×１００％＝（ｃｃ×１００％０－（）１

式中：Ａ０、Ａ分别为甲基橙溶液的初始和光照一定时间后的吸光度；ｃｃ分别为溶液初始质量浓度和光０、／照一定时间后的质量浓度，ｍＬ。ｇ

　　具体步骤：

）／（１２个５００ｍＬ烧杯中分别加入２０ｍＬ的甲ｇ基橙溶液及２个环形丝瓜络（分别为戊二醛偶联及。在紫外灯照射下，不做任何处理的）反应时采取磁力搅拌。反应时间为２．每隔２０ｈ，０ｍｉｎ取适量溶液，最后离心处理，取上清液测吸光度。

充分利用丝瓜络经济、无毒及可生物降解等优点，实现了对工业废水中苯酚的有效吸附；对于丝瓜络的化学改性，毛金浩等

［１５］

通过对丝瓜络进行一系列如

酯化、交联或与高分子单体接枝共聚等反应，制成了能吸附水体金属离子的产品。