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TiO_2附載玻璃纖維光催化性能的研究

放大字體  縮小字體 發布日期:2017-08-12  來源:中國戶外用品網
核心提示:  自20世紀70年代Honda-Fuishima效應被發現以來,光照下二氧化鈦分解水和污染物的特性引起了人們的極大研究興趣,它被認為是未來太陽能利用特別是環境凈化領域的材料。將TiCV沉積到其他

  自20世紀70年代Honda-Fuishima效應被發現以來,光照下二氧化鈦分解水和污染物的特性引起了人們的極大研究興趣,它被認為是未來太陽能利用特別是環境凈化領域的首選材料。將TiCV沉積到其他載體(如玻璃、金屬)表面制成附載型光催化材料可以克服粉體和塊體應用回收難、利用效率低的缺點,從而被人們廣泛采用。玻璃纖維具有良好的透光透氣性、大的比表面積,耐高溫處理,抗腐蝕,是理想的催化劑載體材料。具有較高光催化活性的Ti02附載玻璃纖維可廣泛用于光催化空聯系人:張俊英,北京航空航天大學理學院材料物理與化學研究中心;郵編:100083;電話:010-823153W氣凈化器和水凈化器。利用超聲分散將Ti02粉末附著在玻纖表面制得了Ti02附載玻璃纖維,該方法附著的Ti02顆粒易剝落。本文則采用了Ti02溶膠包覆技術實現Ti02與纖維的緊密結合,為獲得Ti02附載玻璃纖維材料最篼的光催化材料性能,本文還從制備條件對樣品結構以及性能影響方面研究了102附載玻璃纖維材料的最佳制備工藝。

  2.由圖可以發現經H2S04/H202煮沸預處理的樣品具有較強的光催化活性,無預處理的樣品光催化活性較弱。樣品的SEM結果如所示,表明經H2S04/H202煮沸預處理的試樣表面包覆了較完整的Ti02膜層,經過煅燒預處理和無預處理的樣品表面Ti02膜層不完整,存在破裂和脫落,導致了其光催化性能的降低。對比中二次光催化結果,還可以發現H2S04/H202預處理的樣品催化活性較穩定,鍛燒和無預處理的樣品的催化活性相對一次光催化結果有所減弱,分析可知這是由于樣品中Ti02膜層剝落造成的。

  綜合以上結果說明,經過鍛燒預處理和無預處理的玻璃纖維樣品,其膜層與玻璃纖維結合較松她、易剝落,經h2so4/h2o2預處理的試樣膜層與玻纖結合牢固,光催化活性穩定。

  如無特殊說明,本文其他試樣都采用了H2S04/H202煮沸預處理。

  3.2浸膠工藝的影響玻璃纖維在真空負壓下浸膠,可以排除玻璃纖維表面吸附的空氣,實現纖維與溶膠的充分接觸,浸膠次數是影響Ti02層包覆狀態的主要因素。顯示了經過不同次數浸膠獲得試樣的光催化性能,可以發現只經1次浸膠的樣品其光催化性能較弱,經過2、3、6、9次浸膠得到的樣品具有相近且較強的光催化活性結合樣品的SEM形貌可以得知1次浸膠玻璃纖維表面Ti2層包覆不完整,2次浸膠可以彌補一次浸膠的缺陷實現玻璃纖維的較完全包覆,提高了樣品的光催化性能。3次以上浸膠雖然可以增加包覆膜的厚度,但是玻璃纖維總的包覆表面積基本不變,限制了其光催化性能進一步提高。從圖中還可以看出,多次浸膠在Ti2層表面形成了新的乃02層,其層間結合較松弛,容易剝離脫落。多次浸膠不能達到理想的預計層數,因此從工藝簡化以及試樣的催化特性提高考慮,浸膠2次是較合理的浸膠次數。

  3.3Ti02溶膠的影響溶膠的特性也會影響Ti02在玻璃纖維浸膠的表面的附著效果,實驗發現主要的影響因素是溶膠的濃度和pH值。濃度的差異會影響需要浸膠的次數,pH值不同將導致膠體中膠粒大小、帶電狀態和吸附能力的不同。是用濃度分別0 0.0125mol/L的102溶膠浸膠2次得到的玻璃纖維樣品的光催化性能結果,可以發現隨溶膠濃度的提高,樣品的光催化性能也相應提高。當濃度達到。5mol/L以上時,光催化性能提篼幅度不明顯,這說明玻璃纖維浸膠存在―個飽和濃度,低于該濃度制備的樣品Ti2在玻璃纖維表面包覆不完全,樣品光催化性能發揮不充分,高于飽和濃度浸膠制備的樣品表面包覆完全,光催化性能發揮較充分,但是由于玻璃纖維表面積的限制,其光催化性能的提高也受到限制,因此本文選擇。Imol/L作為樣品的最佳浸膠濃度。是用不同pH值的12溶膠制備的玻璃纖維樣品光催化性能的對比,結果顯示用pH=2.0的Ti02溶膠制備的玻璃纖維樣品具有最高的光催化活性;pH<2的樣品隨酸度的增加光催化性能降低,pH >2的樣品隨酸度的增加,光催化活性增強。分析原因可能是酸度較大時,部分奶2膠粒發生溶解變小,所帶電荷減少,在玻璃表面的吸附減弱;羥基化的玻璃纖維盡管顯負電性,但是過多H+與TiOz膠粒產生了爭奪輕基的競爭,進一步削弱了Ti02在玻璃表面的吸附。pH=0.5的樣品的SEM結果證實玻璃纖維表面存在較少的Ti02,因此強酸環境制備的樣品具有很弱的光催化活性(pH=0.5的樣品和無附載Ti02的玻璃纖維樣品光催化活性相當)。在弱酸環境下,Ti02水解較充分,膠體中膠粒較大,吸附到玻璃纖維表面后易脫落,酸度增加時,膠粒變小、電性增強,易吸附到玻璃纖維表面,從而光催化性能增強。總之,只有當Ti2溶膠的pH值取得合適時,才能在玻璃纖維表面獲得結合力較強、光催化活性較高的Ti02薄膜。

  3.4熱處理工藝的影響浸膠后的玻璃纖維需要進行后續熱處理,以提高Ti2在玻璃纖維表面的附著力并改變晶型結構提高光催化活性。熱處理的時間和溫度是熱處理工藝的關鍵。是樣品經過35050,5501熱處理后光催化性能的對比,可以發現450丈熱處理的樣品具有較高的光催化活性。由圖中對應的XRD結果可以看出,4501偷50丈熱處理的樣品衍射峰較強,說明其晶化程度較高,350T熱處理樣品衍射峰較弱且較寬,說明晶化不完全;55丈熱處理的樣品XRD圖譜中出現了較強的金紅石相衍射峰,450熱處理的樣品具有較好的晶化程Ti02溶膠濃度對樣品光催化性能的影響(2次浸膠、PH=2、450T:空氣中熱處理2h)Ti02溶膠pH值對樣品光催化性能的影響(2次浸膠、,熱處理溫度對樣品光催化性能的影響(2次浸膠、pH熱處理時間對樣品光催化性能的影響度以及較多的銳鈦礦結構,還混有少量金紅石相結構。眾所周知,金紅石相102具有較弱的光催化活性,銳鈦礦結構的Ti02光催化活性則較強。有研究表明,混有少量金紅石結構的銳鈦礦102具有更高的光催化活性,因此45(TC熱處理的樣品相對其他樣品具有強的光催化性能。給出了不同熱處理時間樣品光催化性能的對比,結果表明樣品隨熱處理時間的延長光催化性能有一定的提篼,但是超過2h熱處理的玻璃纖維樣品的光催化性能提高不明顯,這與樣品的晶化程度密切相關。實驗還發現,較高溫度(550)或較長時間(4h)熱處理玻璃纖維會發生部分斷裂,因此較合適的熱處理條件是450保溫2h. 4結論本文通過對Ti02附載玻璃纖維制備工藝與其光催化性能之間關系的研究,得出制備高活性光催化玻璃纖維的最佳工藝是采用pH =2、濃度為0. 1mol/L的102溶膠將經硫酸雙氧水預處理的玻璃纖浸膠2次,空氣中4501熱處理2h.利用此工藝獲得的Ti02附載玻璃纖維材料具有最佳的光催化性能(用主波長為253. 7nm的8W紫外燈照射15 mL濃度為2 mg.L―1的Rh.B溶液100min的降解率約為70%)。

 
 
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