具有实时光谱检测功能的微反应器及其在光催化剂快速筛选中的应用

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微反应器能够提高光催化剂筛选的效率,降低筛选成本,已经得到了广泛的应用。但这些微反应器通常只支持完成特定的化学反应,后续分析还须拿到实验室中利用测试分析仪器进行,这一过程既浪费时间,也浪费人力物力,更毋提实时的监控了。  基于上述考虑,本文在前有研究的基础上提出了一种在线检测的反应监测一体化的系统。本文提出的光催化微反应器既能装载不同的光催化剂来对污染物进行降解,还作为吸收光谱检测的吸收池,配合吸收光谱检测的其他仪器对反应效果进行实时的监测。本文中提出的微反应器能实现催化剂简便、快速、在线的筛选,对于深入研究光催化反应机制也有一定的意义。  本文首先制备了几种光催化剂薄膜。将商用二氧化钛(Titanium Dioxide,TiO2)P25粉末调制成均匀浆料,并经过125℃低温烧结处理得到TiO2薄膜。采用Hummers方法制备了氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)溶液,使用物理混合方法制备了不同质量比的TiO2/GO复合材料,继而使用抽滤方法制备了GO薄膜和TiO2/GO薄膜,并给出了这些薄膜的SEM图像、拉曼光谱和接触角表征,并解释了TiO2光催化机理以及GO增强TiO2光催化效果的机理。  本文中的微反应器是由PDMS旋涂得到的下盖板、PDMS注塑而成的上盖板通过等离子键合而成。微反应器主通道底部可装载不同的光催化剂薄膜。通道两端分别为吸收光谱检测的入射光口和出射光口。  本文完成了TiO2薄膜、GO薄膜和TiO2/GO复合材料薄膜对浓度为30μM的亚甲蓝溶液光催化降解效果的检测。每次检测时间为10 min,采样间隔为10s,发现随着GO质量比的增大,对亚甲蓝的降解能力增强,直到TiO2和GO的质量比为7∶11时,降解速率常数达到最大值为0.11 min-1,相同质量的TiO2的降解速率常数只有0.01 min-1;而后随着GO质量比的增大,对亚甲蓝的降解能力减弱。本文还分析了光源、吸附作用对降解效果的影响,验证了本系统的重复性较好。
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