聚苯胺/二氧化锰复合材料的制备及其光催化性能

引用本文

陆家缘, 秦维, 陈雨, 梁燕萍. 聚苯胺/二氧化锰复合材料的制备及其光催化性能[J]. 工业催化, 2015,23(10): 781-784.
Lu Jiayuan, Qin Wei, Chen Yu, Liang Yanping. Preparation of polyaniline/manganese dioxide composite material and its photocatalytic performance[J]. Industrial Catalysis, 2015,23(10): 781-784. 复制到剪切板

DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2015.10.010
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聚苯胺/二氧化锰复合材料的制备及其光催化性能

陆家缘, 秦维, 陈雨, 梁燕萍^*

西安电子科技大学先进材料与纳米科技学院,陕西西安 710126

通讯联系人:梁燕萍,女,博士,教授,从事光电催化材料的设计及制备研究。

作者简介:陆家缘,1994年生,女,浙江省平湖市人,本科在读。

收稿日期: 2015-05-26

摘要

以二氧化锰为模板,采用原位复合法合成聚苯胺/二氧化锰复合材料(PANI/MnO₂)。采用IR和XRD对产物进行表征,结果表明,复合材料中的聚苯胺是理想的翠绿亚胺结构,二氧化锰为四方晶系α-MnO₂。研究光催化剂用量、染料浓度和催化剂重复使用次数对光催化降解直接耐晒翠蓝的影响,结果表明,在染料直接耐晒翠蓝浓度10 mg·L^-1、PANI/MnO₂催化剂用量0.010 g·(20 mL)^-1和光照20 min条件下,直接耐晒翠蓝降解率达84.1%。

关键词: 催化化学; 聚苯胺; 二氧化锰; 复合材料; 原位复合; 光催化降解

中图分类号:O643.36 文献标志码:A 文章编号:1008-1143(2015)10-0781-04

Preparation of polyaniline/manganese dioxide composite material and its photocatalytic performance

Lu Jiayuan, Qin Wei, Chen Yu, Liang Yanping^*

School of Advanced Materials and Nanotechnology, Xidian University, Xi’an 710126, Shaanxi, China

Abstract

Using manganese dioxide as the template,polyaniline/manganese dioxide composite (PANI/MnO₂) was prepared by in-situ synthetic method.The composite structure was characterized by IR and XRD.The effects of photocatalyst dosage,dye concentration and the reusability of the photocatalyst on photocatalytic degradation of direct fast turquoise blue were investigated.The results showed that polyaniline in composite materials possessed ideal emeraldine structure,and manganese dioxide was tetragonal phase α-MnO₂.The degradation rate of direct fast turquoise blue reached 84.1% under the condition of direct fast turquoise blue initial concentration 10 mg·L^-1,PANI/MnO₂ catalyst dosage 0.010 g·(20 mL)^-1 and illumination time 20 min.

Keyword: catalytic chemistry; polyaniline; manganese dioxide; composite materials; in-situ composite; photo-catalytic degradation

文章图片

随着工业发展, 水污染日益严重, 染料是水体环境的重要污染源, 直接威胁生态环境及人类健康。目前, 治理染料污染、净化水质的方法很多, 如何快速有效降解水体污染物成为研究热点。光催化技术处理工业废水具有高效、彻底和无二次污染的优点受到关注^{[1, 2, 3]}。传统半导体材料TiO₂的禁带宽度较大, 在可见光范围响应不强^[3]。而半导体MnO₂的禁带宽度较窄, 可充分利用太阳光中可见光和近红外光范围的能量^[4]。利用共轭聚合物复合敏化半导体光催化剂引起关注, 如通过聚苯胺与Ti $\begin{matrix} {O_{2}}^{[5]} \end{matrix}$ 、Sn $\begin{matrix} {O_{2}}^{[6]} \end{matrix}$ 等的复合, 提高光生载流子的分离效率^[7], 提高光催化活性。

本文以二氧化锰为模板剂, 采用原位复合法合成聚苯胺/二氧化锰复合材料(PANI/MnO₂), 研究光催化剂用量、染料浓度和重复使用次数对光催化降解直接耐晒翠蓝的影响。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

苯胺、硫酸锰、高锰酸钾, 天力化学试剂厂; 过硫酸铵, 分析纯, 天津化学试剂厂; 直接耐晒翠蓝, 化学纯, 南开大学化工厂。

DX-2700型X射线衍射仪, 丹东方圆仪器有限公司; WFJ 7200型可见分光光度计, 尤尼柯(上海)仪器有限公司; FT/IR-4100型傅里叶变换红外光谱, 日本分光株式会社。

1.2 MnO₂制备

称取1.264 g的KMnO₄和1.812 g的MnSO₄, 80 ℃分别溶于15 mL蒸馏水。烧杯中加入50 mL蒸馏水, 同时缓慢滴加上述溶液, 不断搅拌, 80 ℃恒温水浴锅中反应2 h, 超声分散均化15 min, 抽滤, 蒸馏水洗至无色。将所得产物置于80 ℃真空干燥箱干燥约6 h至恒重, 马弗炉400 ℃焙烧3 h, 得到黑色MnO₂样品^{[8, 9]}。

1.3 PANI/MnO₂的制备

利用原位复合法制备PANI/MnO₂复合材料。室温下, 配置浓度为0.02 g· mL^-1的苯胺盐酸溶液(试剂a); 按物质的量比1∶ 1^[10]称取0.3 g过硫酸铵溶于10 mL的1 mol· L^-1HCl中, 搅拌, 使其完全溶解(试剂b); 称取一定量MnO₂加入10 mL蒸馏水制成悬浊液(试剂c)。将10 mL试剂a和试剂c超声波震荡10 min。将试剂a倾入试剂c, 强烈搅拌下用滴管逐滴滴加试剂b至混合液中, 滴完后超声波反应30 min。静置30 min后抽滤, 产物用0.1 mol· L^-1的HCl和蒸馏水洗至滤液无色, 抽干, 60 ℃真空干燥箱干燥4 h。

1.4 光催化实验

在25 mL小烧杯中加入一定量光催化剂PANI/MnO₂和20 mL直接耐晒翠蓝水溶液(10 mg· L^-1, pH=3), 放入光催化反应装置进行光催化反应。每2 min搅拌一次, 以保证样品与溶液充分接触。反应一定时间后, 用0.45 μ m滤膜过滤上层清液, 并在直接耐晒翠蓝的最大吸收波长635 nm处测量滤液的吸光度A。

2 结果与讨论

2.1 IR

图1为PANI/MnO₂和MnO₂的IR谱图。从图1可以看出, 两谱线均出现聚苯胺的特征吸收峰, 1 563 cm^-1和1 484 cm^-1处吸收峰分别对应于醌环和苯环的键的伸缩振动; 1 294 cm^-1处吸收峰归属于与苯环有关的C— N的伸缩振动, 表明光催化剂中的聚苯胺结构是理想的翠绿亚胺结构^[11]。PANI/MnO₂的谱图中803 cm^-1处的吸收峰是由于对位取代苯中C— H键的面外弯曲振动引起。加入MnO₂后, PANI的峰强度明显增强, 这可能是由于PANI链中的H原子与MnO₂粒子表面中的O原子形成氢键, 从而提高了化学键的极化程度, 使相关的吸收峰变强。

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	图 1 PANI/MnO₂和MnO₂的IR谱图Figure 1 IR spectra of PANI/MnO₂ and MnO₂

2.2 XRD

图2为经过不同温度焙烧MnO₂的XRD图。

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	图 2 不同温度焙烧MnO₂的XRD图Figure 2 XRD patterns of MnO₂ calcined at different temperatures

从图2可以看出, 在2θ =18° 、28.7° 、37.5° 和56° 出现较强的衍射峰, 对应为α -MnO₂特征峰, 表明合成的MnO₂为四方晶系α -MnO₂。随着焙烧温度升高, 样品的衍射峰更加尖锐清晰, 表明MnO₂结晶度提高。

图3为PANI/MnO₂和400 ℃焙烧MnO₂的XRD图。从图3可以看出, PANI/MnO₂在2θ =10° ~30° 有宽且强的吸收峰, 表明复合材料中聚苯胺具有一定结晶度。PANI与MnO₂的复合使MnO₂特征峰明显减弱, 原因可能是制备过程中, MnO₂作为氧化剂氧化苯胺聚合, 使复合材料中MnO₂含量减少^[12]。

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	图 3 PANI/MnO₂和400 ℃焙烧MnO₂的XRD图Figure 3 XRD patterns of PANI/MnO₂ and MnO₂ calcined at 400 ℃

2.3 光催化性能

染料浓度10 mg· L^-1时, 考察PANI/MnO₂催化剂用量对直接耐晒翠蓝水溶液光催化降解的影响, 结果如图4所示。

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	图 4 PANI/MnO₂催化剂用量对直接耐晒翠蓝降解率的影响Figure 4 Influence of PANI/MnO₂ catalyst dosages on degradation rate of direct fast turquoise blue

从图4可以看出, 随着PANI/MnO₂催化剂用量的增加, 直接耐晒翠兰降解率增加, 催化剂用量为0.010 g· (20 mL)^-1时, 降解率较高; 继续增加催化剂用量, 降解率未显著提高, 这是因为光催化时光源提供的能量有限, 被激发出来的光生载流子有限, 同时过多的催化剂会降低溶液透光率, 从而降低光催化效率。

在PANI/MnO₂催化剂用量0.010 g· (20 mL)^-1条件下, 考察染料浓度对直接耐晒翠兰降解率的影响, 结果如图5所示。

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	图 5 染料浓度对直接耐晒翠兰降解率的影响Figure 5 Influence of dye concentrations on degradation rate of direct fast turquoise blue

从图5可以看出, 随着染料浓度的增加, 直接耐晒翠蓝溶液降解率下降, 染料浓度10 mg· L^-1和光照20 min时, 降解率可达84.1%。不同染料浓度的直接耐晒翠蓝溶液降解曲线走势基本一致, 表明浓度的增加不会改变光催化的途径和过程。传统工业用光催化剂P25在可见光条件下反应3 h时的降解率只有34%^[13]。

2.4 催化剂重复使用性能

在染料浓度10 mg· L^-1、PANI/MnO₂催化剂用量0.010 g· (20 mL)^-1和光照20 min条件下, 考察PANI/MnO₂催化剂重复使用性能, 结果见图6。

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	图 6 PANI/MnO₂催化剂重复使用性能Figure 6 Reusable times of PANI/MnO₂ catalyst

从图6可以看出, 随着催化剂使用次数的增加, 降解率降低。前3次降解率分别为84.1%、64.5%和53.3%, 表明复合材料能保持较为良好的光催化性能; 第4次使用时, 降解率降至28.0%, 可能因为多次使用后, 复合材料中的MnO₂被还原, 导致光催化降解效率下降。

3 结论

(1) 用原位复合法制备了PANI/MnO₂复合材料, 聚苯胺是理想的翠绿亚胺结构, MnO₂为四方晶系的α -MnO₂。

(2) 在直接耐晒翠蓝水溶液浓度10 mg· L^-1、PANI/MnO₂催化剂用量0.010 g· (20 mL)^-1和光照20 min条件下, 直接耐晒翠蓝降解率达84.1%。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

文献选项

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... 光催化技术处理工业废水具有高效、彻底和无二次污染的优点受到关注^[1,2,3] ...

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... 光催化技术处理工业废水具有高效、彻底和无二次污染的优点受到关注^[1,2,3] ...

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王兴琪. 复合纳米材料的制备及其对重金属离子和有机污染物的去除[D]. 济南: 齐鲁工业大学, 2014.

环境污染特别是水污染日趋严重，其中，重金属离子和有机污染物是重要的水污染源。在本研究中，我们通过水热法制备了纳米结构的BiOBr微球，研究其对重金属离子的吸附处理，及低浓重金属离子生活用水的连续净化处理，并探究其吸附机理；制备了SnO2@SnS2/TiO2双异质结构及二维TiO2@g-C3N4异质结构，研究了复合物在紫外、可见光下对甲基橙的降解作用；利用水解作用将纳米ZnO颗粒固着在碳纤维上，与植物纤维混合抄纸得到光催化纸，研究了其对甲基橙在紫外光下的光催化降解。此外，还利用SEM、TEM、XRD、FTIR、EDS Mapping、DRS、AFM、PL谱等测试手段对所合成样品及性能进行了表征。发现，对于纳米结构的BiOBr纳米微球，合成时采用较大的Br/Bi比例，则形成尺寸较大的纳米片，组装成的微球具有较大的比表面积和直径。纳米片组装的BiOBr微球对多种重金属离子Cr(VI)、Cd(II)、Pb(II)均表现出良好的吸附能力，且吸附速率快、吸附彻底，这与其比表面积较大及金属离子与吸附剂之间稳定的化学键合作用有关。鉴于这种高效彻底的吸附作用，本文设计了一种连续吸附装置，研究了BiOBr微球对低浓重金属离子生活用水的连续吸附净化处理，同样表现出良好的净化效果。对Pb(II)、Cd(II)和Cr(VI)的吸附能力分别达到4.9kg/g、5.7kg/g和21.5kg/g。利用简单的液相沉淀法所制备的双异质结构SnO2@SnS2/TiO2复合物，通过在TiO2纳米带表面异质结的构建，以及能带匹配，光生载流子得到有效的分离，进而提高了TiO2纳米带的光催化效果和光响应范围。其在紫外、可见光条件下对偶氮类有机染料甲基橙均具有良好的催化降解性能，复合物在可见光下两小时就使甲基橙的降解率达到了95%；紫外条件下30min的降解率为98%。采用液相蒸发自组装的方法所制备的二维异质结构TiO2@g-C3N4，其g-C3N4紧密地结合到TiO2纳米带的表面，形成了类似于核壳的结构，通过能带匹配及PL谱分析发现复合物有效促进了光生载流子的分离。光催化实验结果显示，复合后二维结构在可见光条件下有效地提高了TiO2纳米带的催化效果。通过水解作用将ZnO纳米颗粒固载到碳纤维上，与植物纤维混合抄纸所得到的复合光催化纸，当碳纤维与植物纤维的比例为1:1、ZnO在纸张中的留着量为0.058mmol/g时，催化纸的催化效果最好，并优于负载商品级氧化锌纳米粒子的碳纤维-植物纤维催化纸。经三次重复循环利用后，ZnO基催化纸仍能表现出良好的紫外光催化效果。

... 光催化技术处理工业废水具有高效、彻底和无二次污染的优点受到关注^[1,2,3] ...

... 传统半导体材料TiO₂的禁带宽度较大,在可见光范围响应不强^[3] ...

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Zhang

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Enhanced removal of organic contaminants from water by manganese dioxide formed in situ[D].

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我国饮用水源污染严重,特别是有机污染物,如果不能在混凝过程中去除,在后续的消毒过程中可能会与氯作用生成毒害更强的消毒副产物,对人体健康构成威胁。因此,混凝过程是保障饮用水安全的一个重要过程。但常规混凝剂及混凝方法对有机污染物去除效果有限,难以达到新颁布的生活饮用水卫生标准的要求。因此,开发高效、廉价、使用方便及不存在二次污染的多功能混凝剂具有重要意义。本文通过对新生态二氧化锰与有机物间的作用特性及机理研究,旨在为饮用水处理提供一种经济简便的除污染方法。在中性pH条件下,采用硫酸锰与高锰酸钾在线投加的方式制备新生态二氧化锰,通过原子力显微镜、红外光谱及比表面积等分析手段对新生态二氧化锰的微观结构形态进行了表征。结果表明,新生态二氧化锰颗粒呈现不规则的球形,粒径小于100nm,颗粒产生瞬间即发生凝聚。新生态二氧化锰表面富含羟基,比表面积大。通过研究新生态二氧化锰与苯酚的反应规律,发现溶液pH影响新生态二氧化锰与还原性有机物的作用。在中性pH条件下新生态二氧化锰与苯酚间主要发生吸附作用,而在强酸性条件新生态二氧化锰与苯酚发生氧化还原反应,苯酚的去除率也明显提高,但新生态二氧化锰不能将苯酚彻底氧化,会生成苯醌和联苯酚等中间产物。以新生态二氧化锰为吸附剂,以苯胺、苯酚、硝基苯和苯甲酸四种有机物为目标物,研究新生态二氧化锰对这些有机物的吸附性能和作用机理。结果表明,新生态二氧化锰对所选择的四种有机物的吸附能力为:苯胺苯酚硝基苯苯甲酸。通过对有机物分子结构的比较,正负离子对新生态二氧化锰吸附效能的影响分析,发现新生态二氧化锰的比表面积及静电作用对其吸附作用有重要影响。一般情况下,新生态二氧化锰的比表面积越大,其对有机物的吸附能力越强,新生态二氧化锰更易于吸附带正电荷的有机物;有机物的疏水作用次之,有机物的疏水性越强,有利于其在新生态二氧化锰表面吸附。新生态二氧化锰对有机物的吸附更符合Langmuir吸附等温模型。以新生态二氧化锰作为混凝剂和助凝剂,考察新生态二氧化锰对微污染水中有机物的去除效能,并考察混凝条件对其混凝效果的影响。结果表明,新生态二氧化锰具有较好的有机物去除能力,如投加10mg·L-1二氧化锰,UV254的去除率约为40%以上,TOC的去除率接近20%。新生态二氧化锰混凝去除有机物的速率非常快,有机物的去除主要发生在混凝过程的快速搅拌阶段。而将新生态二氧化锰作为助凝剂投加(投量0.3 mg·L-1),强化硫酸铝混凝作用,UV254和TOC的去除率能够提高20%以上。以单宁酸作为天然有机物的代表,研究新生态二氧化锰对大分子有机酸的去除效能及新生态二氧化锰在高锰酸钾强化混凝去除天然有机物中的作用规律。结果表明,与苯甲酸不同,新生态二氧化锰对单宁酸具有较好的吸附去除效能,而且钙离子能够促进新生态二氧化锰对单宁酸的吸附作用,说明有机酸的分子量对新生态二氧化锰的吸附作用有影响。高锰酸钾对单宁酸的氧化作用不是单宁酸去除的主要因素,新生态二氧化锰吸附才是单宁酸去除的主要作用。新生态二氧化锰对松花江微污染水的混凝试验结果表明,新生态二氧化锰对实际微污染水具有很强的除有机物能力,如投加10mg·L-1的新生态二氧化锰,UV254的去除率最高达到40%以上,TOC的去除率最高也可以达到20%以上,但是混凝后水的浊度、溶解锰的含量都稍高于生活饮用水的标准。若将其作为助凝剂投加(1.37mg·L-1),强化硫酸铝的混凝作用,硫酸铝投量为10mg·L-1时,UV254的去除率可以提高20%以上,TOC的去除率可以提高10%左右,处理后水样的浊度、溶解锰和溶解铝含量都能够达到生活饮用水的标准。实际水加标实验表明,新生态二氧化锰混凝对松花江水中的苯酚、硝基苯和苯胺都有一定的去除,去除率能够达到20%以上,但是对苯甲酸的去除效果较差。实际水体中的钙离子对新生态二氧化锰混凝作用的影响弱于其在蒸馏水中。新生态二氧化锰对实际水中TOC的饱和吸附量明显大于其在蒸馏水中对小分子有机物的饱和吸附量。

... 而半导体MnO₂的禁带宽度较窄,可充分利用太阳光中可见光和近红外光范围的能量^[4] ...

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... 利用共轭聚合物复合敏化半导体光催化剂引起关注,如通过聚苯胺与Ti O25、Sn O26等的复合,提高光生载流子的分离效率^[7],提高光催化活性 ...

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... 将所得产物置于80 ℃真空干燥箱干燥约6 h至恒重,马弗炉400 ℃焙烧3 h,得到黑色MnO₂样品^[8,9] ...

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采用水热合成法制备一系列不同晶型结构和形态的二氧化锰粉体材料。利用X射线衍射(XRD)、电感藕合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、热重-差热分析议(TG-DTA)、场发射扫描电镜(FESEM)和电化学工作站等技术,并通过改变二价锰盐反应物的类型及掺杂镧元素对材料的结构、形态及电化学性能进行了深入的研究。以KMnO4和MnSO4为反应物,采用水热法制备纳米MnO2粉体。通过改变水热反应的温度、时间和酸度等反应条件,制备出α晶型的MnO2纳米棒。研究表明:水热反应时间及温度对MnO2晶型结构的影响不大,但MnO2的结晶度随反应时间的增加而增加。保持反应时间和温度不变,随着反应体系溶液pH的增加,二氧化锰产物结构由α-MnO2型向无定形MnO2转化,即在碱性条件下,更有利于无定形二氧化锰的形成。用AUTOLab电化学工作站测试不同条件下α-MnO2的放电性能。当水热反应时间为24小时、水热反应温度为140℃、溶液pH为1.5时生成的α-MnO2放电容量最高,为150mAh/g。分别以MnSO4、Mn(NO3)2和MnCl2为还原剂,与KMnO4反应。研究阴离子对产物的晶型结构、形态和电化学性能的影响。研究表明:在含NO3-或Cl-二价锰盐溶液中易形成γ-MnO2,在含SO42-二价锰盐溶液中有利于形成α-MnO2。相同的充放电条件下,含γ-MnO2的α-MnO2的粉体,其电极材料的首次放电容量比单相α-MnO2的容量高,可达203 mAh/g。为提高α-MnO2的循环充放电性能,对α-MnO2进行La元素掺杂改性。当La/Mn摩尔比为0.0029时,能有效的改善α-MnO2循环充放电性能,首次放电容量为122.7 mAh/g,循环放电28次后,放电容量为101 mAh/g,衰减容量占首次放电容量的17.7﹪,远远低于不掺杂La的α-MnO2电极材料,其衰减容量66.4﹪。随着La/Mn摩尔比的增加,掺杂La的α-MnO2的首次放电容量有所降低。研究表明掺杂适量La元素,能有效改善MnO2的循环放电性能,有效抑制MnO2容量的衰减,能够满足电池对材料的要求。

... 将所得产物置于80 ℃真空干燥箱干燥约6 h至恒重,马弗炉400 ℃焙烧3 h,得到黑色MnO₂样品^[8,9] ...

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Deqin.

In-situ chemical synthesis and characterization of conducting polyaniline/manganese dioxide composites[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2004, 21(4): 1-7.

The polyaniline/manganese dioxide composites (PANI/MnO 2 ) containing different amounts of manganese dioxide were prepared by chemical polymerisation of aniline using ammonium peroxodisulfate (APS) and MnO 2 as the oxidizing agent. The inclusion of PANI in the composite was confirmed by FTIR, UV-VIS, XRD and SEM analysis. It shows that PANI in the composite is amorphous and the crystal structure of MnO 2 is unchanged compared with the initial MnO 2 . The PANI formed in the reaction is deposited preferentially on the MnO 2 particles giving a PANI/MnO 2 composite, in which the MnO 2 is coated with the PANI. The tree-coral-shaped PANI, which differed from the common grain-like PANI in the acid/water reaction system, was obtained by treating the PANI/MnO 2 composite in the static state with hydrochloride acid solution of aniline.

通过合理选择二氧化锰加入苯胺/过硫酸铵/酸水反应体系的时间,制备了各种含量的聚苯胺/二氧化锰复合材料(PANI/MnO 2 )。用FTIR、UV-VIS、XRD和SEM对原位制备的PANI/MnO 2 进行了表征。XRD证明了原位合成的复合材料中聚苯胺组分为无定型,MnO 2 的晶型在反应前后未发生变化。SEM证明了反应中形成的聚苯胺倾向于在MnO 2 颗粒表面沉积,得到一种包裹型的PANI/MnO 2 复合材料。用苯胺的盐酸溶液在静止状态下处理复合材料,可得到一种树状珊瑚形貌的聚苯胺,这种形貌的聚苯胺不同于酸水体系中常见的颗粒状聚苯胺。

... 1^[10]称取0 ...

2012

0.0

卢文华, 李定国, 熊杰, 等. 化学氧化法合成聚苯胺的导电性与产率研究[J]. 材料开发与应用, 2012, 28(6): 30-35.

... N的伸缩振动,表明光催化剂中的聚苯胺结构是理想的翠绿亚胺结构^[11] ...

2013

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房萍. 聚苯胺/二氧化锰复合材料合成及催化性能研究[D]. 扬州: 扬州大学, 2013.

导电高分子材料如聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩因具有较高的导电性能,环境稳定,合成方法简单等优点而被广泛应用,但是单一的聚合物材料已经难以满足人们对材料的广泛需要,所以不同类型的复合材料兼具不同材料的优点而受到人们的青睐。比如将导电高分子材料与贵金属、过渡金属及其氧化物有机结合起来的复合材料,已成功应用于催化、超级电容器、化学传感器等领域。聚苯胺近年来研究较多的一种导电聚合物,本文着重在聚苯胺与锰氧化物复合材料的控制合成方面开展工作。主要研究一维结构聚苯胺/二氧化锰复合材料的控制合成,通过透射电镜(TEM),高倍透射电镜(HR-TEM),扫描电镜(FE-SEM),X-射线衍射(XRD),傅立叶红外光谱(FT-IR)等方法进行表征,同时将聚苯胺/二氧化锰复合材料成功负载贵金属,并将复合材料应用于催化领域。此外,本文还利用了聚苯胺/二氧化锰复合材料制备含氮的碳锰复合材料,为制备碳锰复合材料提供了一条简单方便的新途径。具体的工作分述如下： (1)采用模板拆除法制备出聚苯胺/二氧化锰复合材料。首先调节不同的反应条件制备出直径为60nm-100nm的二氧化锰纳米棒,作为制备复合材料的模板。向溶液中加入一定量的苯胺单体,在酸性条件下,二氧化锰作为氧化剂引发苯胺单体在模板表面聚合,Mn4+被还原为Mn2+,利用这种方法制备的复合材料的优点是不会破坏模板的形貌,而且合成的聚苯胺与用传统的化学方法合成的聚苯胺结构相同。研究不同苯胺单体的浓度、反应时间等条件对制备复合材料形貌的影响。以制备的复合材料作为催化剂,催化过氧化氢降解有机染料罗丹明B。 (2)制备分散性较好的聚苯胺负载金的复合材料。聚苯胺与高锰酸钾接触的表面发生了氧化还原作用,将二氧化锰纳米棒成功负载于聚苯胺负载金的复合材料表面,调节高锰酸钾的浓度,制备不同的聚苯胺/金/二氧化锰的复合材料。对制备聚苯胺/金/二氧化锰的复合材料利用FT-IR、XRD等手段进行表征,将复合材料作为催化剂应用于催化过氧化氢降解有机染料罗丹明B。 (3)通过氧化还原法将聚苯胺纤维与高锰酸钾反应制备出一维结构的纤维状聚苯胺/二氧化锰复合材料。在氮气保护下,高温煅烧处理聚苯胺/二氧化锰复合材料,制备成含氮的碳锰复合材料。调节不同的温度,研究煅烧温度对复合材料的形貌结构的影响。此外,向聚苯胺/二氧化锰复合材料表面添加一层二氧化硅保护层,调节加入正硅酸乙酯(TEOS)的浓度,研究保护层对高温煅烧后碳锰复合材料的形貌的影响。对制备的含氮的碳锰复合材料用FT-IR、XRD等手段表征。

... PANI与MnO₂的复合使MnO₂特征峰明显减弱,原因可能是制备过程中,MnO₂作为氧化剂氧化苯胺聚合,使复合材料中MnO₂含量减少^[12] ...

2008

0.0

孙鸣, 于占江, 张亚婷, 等. P25催化剂可见光催化的改性研究[J]. 应用化工, 2008, 37(5): 472-474.

Sun

Ming

, Yu

Zhanjiang

, Zhang

Yating

, et al. Modifying research on P25 photocatalyst under visible light[J]. Applied Chemical Industry, 2008, 37(5): 472-474.

硫脲为改性剂,P25为改性对象,采用研磨-共煅烧的方法制备了具有可见光催化活性的硫改性P25(S-P25).利用XPS能谱、拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱和元素分析等测试手段对其结构、光谱性质进行了表征.结果表明,S以S4+和S2-的形式分别替换了P25中的少量晶格Ti4+和O2-,光响应波长范围扩大,紫外、可见光区均产生较强吸收.以亚甲基蓝水溶液的光催化降解为模型反应,评价了该催化剂在可见光照射下的光催化活性,500℃煅烧2h得到的试样的可见光活性最佳.

... 传统工业用光催化剂P25在可见光条件下反应3 h时的降解率只有34%^[13] ...