摘要
随着社会经济的快速发展，环境问题日益凸显出其紧迫性和重要性，已经成为当前不可避免的一项挑战。寻找绿色、清洁、高效的解决方案来解决环境问题成为研究焦点。在这方面，半导体光催化剂在污水处理方面有着巨大的应用前景。然而，现有的光催化剂主要以粉末形式存在，实际应用中存在着颗粒易团聚、难分离和回收困难等问题。醋酸纤维素原材料是一种存储量丰富的植物纤维，通过湿法制得的膜材料其内部含有丰富的孔洞结构，可为纳米催化剂的固载提供优良的空间。本研究筛选出了几种性能优良的光催化剂，并将其负载在醋酸纤维素复合膜上，对复合膜的光学性能和稳定性进行了评价。最后，对催化机理进行了探讨，主要的研究结果如下: （1）采用共混-湿法相转化-原位合成法制备了MoS2与ln2S3复合的MoS2@ln2S3/SF-CA复合膜，利用XRD、SEM、FTIR、UV-visDRS、XPS、PL等手段对复合膜的结构进行了表征。XPS结果表明，MoS2@ln2S3/SF-CA复合膜中MoS2和ln2S3之间可能存在较强的界面相互作用，有助于改善光生电子与空穴的分离和转移，从而提高光催化活性。通过光催化实验可以发现MoS2@ln2S3/SF-CA复合膜对罗丹明B（RhB）的去除率为85.3％,其表观反应速率常数是单一相为MoS2/SF-CA和ln2S3/SF-CA的2.42倍和2.84倍。经5次循环试验其降解率可达65％以上。通过活性物种捕获实验对目标活性自由基进行捕获，结果证明MoS2@ln2S3/SF-CA复合膜在降解RhB过程是h+、·O2和·OH三种活性物种的共同作用的结果。 （2）采用共混-湿法相转化-原位合成法制备了Bi2S3不同负载量的Bi2S3/ZnO-CA复合膜。通过XPS,XRD和FTIR的结果可以看出ZnO和Bi2S3已成功负载在了CA复合膜上。有趣的是，从SEM图可以看出，ZnO的加入，极大的改变了Bi2S3粒子的微观结构，使其从球状转变为比表面积更大片状，很大程度上增加了光催化的反应活性位点。从PL和UV-visDRS图谱可以看出复合膜在可见光区拥有良好的响应，在添加ZnO于Bi2S3/SF-CA复合膜中后，明显抑制了光生电子-空穴的复合。通过在可见光条件下光催化降解RhB120min后，最佳比例4Bi2S3/ZnO-CA复合膜降解RhB的去除率是90.2％。通过模拟动力学发现，该复合膜的表观反应速率常数是Bi2S3/CA的4.7倍，是ZnO-CA的8.8倍。复合膜在使用3次后，仍然保持有较高的活性。此外，还探究了复合膜对于其他染料和不同pH条件下的光降解，发现该种类复合膜对RhB、孔雀石绿（MG）、亚甲基蓝（MB）、晶紫（CV）和甲基橙（MO）皆拥有较高的催化活性，复合膜对较宽的pH条件下的RhB的降解影响不大。通过自由基捕获实验可以看出h+和·O2-是复合膜降解RhB的活性组分。 (3)采用共混-湿法相转化-原位合成法制备了不同BiOBr负载量的BiOBr/SF-CA复合膜。从SEM可以看出，经SF改性的CA膜形成了指状多孔结构，为BiOBr纳米片的均匀生长提供了较大的空间，同时也促进了染料在膜中的穿梭流动。从UV-visDRS可以看出，BiOBr/SF-CA复合膜的吸收边为410nm,证实了复合膜在可见光波段有响应。PL分析表明，负载BiOBr抑制了复合膜光生电子-空穴对的复合，提高了分离效率，有利于染料的光催化降解。通过光催化实验结果可以看出4BiOBr/SF-CA在80min时对RhB的去除率达到99.9％。不仅如此，在经过5次的光催化循环实验，该复合膜对RhB的去除率仍能达到93％以上。此外研究了复合膜对RhB、MG、MB、CV和MO的催化降解，发现BiOBr/SF-CA复合膜对带负电荷的染料获得了较高的光催化效率，而带正电荷或电中性的染料则不尽如人意。基于自由基捕获实验和EPR测试，对BiOBr/SF-CA复合膜降解RhB降解的机理进行了推测。其中在BiOBr/SF-CA复合膜上光催化降解RhB起作用的活性基团主要为·O2-和h+。 综上所述，本论文以低温常压条件为基础，成功制备了一系列简便易行、成本低廉、且具高光催化活性的醋酸纤维素基纳米复合膜。该研究解决了粉体光催化剂在易团聚、难回收等方面存在的瓶颈问题，并拓展了醋酸纤维素在材料应用方面的范围，为纳米光催化剂复合膜的制备提供了新的思路。
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