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    TiO_2附载玻璃纤维光催化性能的研究 缝纫机 » 绷缝机 | 作者:admin 发布日期:2017-08-12 查看次数:103
    核心提示:  自20世纪70年代Honda-Fuishima效应被发现以来,光照下二氧化钛分解水和污染物的特性引起了人们的极大研究兴趣,它被认为是未来太阳能利用特别是环境净化领域的首选材料。将TiCV沉积到其他
      自20世纪70年代Honda-Fuishima效应被发现以来,光照下二氧化钛分解水和污染物的特性引起了人们的极大研究兴趣,它被认为是未来太阳能利用特别是环境净化领域的首选材料。将TiCV沉积到其他载体(如玻璃、金属)表面制成附载型光催化材料可以克服粉体和块体应用回收难、利用效率低的缺点,从而被人们广泛采用。玻璃纤维具有良好的透光透气性、大的比表面积,耐高温处理,抗腐蚀,是理想的催化剂载体材料。具有较高光催化活性的Ti02附载玻璃纤维可广泛用于光催化空联系人:张俊英,北京航空航天大学理学院材料物理与化学研究中心;邮编:100083;电话:010-823153W气净化器和水净化器。利用超声分散将Ti02粉末附着在玻纤表面制得了Ti02附载玻璃纤维,该方法附着的Ti02颗粒易剥落。本文则采用了Ti02溶胶包覆技术实现Ti02与纤维的紧密结合,为获得Ti02附载玻璃纤维材料最篼的光催化材料性能,本文还从制备条件对样品结构以及性能影响方面研究了102附载玻璃纤维材料的最佳制备工艺。  2.由图可以发现经H2S04/H202煮沸预处理的样品具有较强的光催化活性,无预处理的样品光催化活性较弱。样品的SEM结果如所示,表明经H2S04/H202煮沸预处理的试样表面包覆了较完整的Ti02膜层,经过煅烧预处理和无预处理的样品表面Ti02膜层不完整,存在破裂和脱落,导致了其光催化性能的降低。对比中二次光催化结果,还可以发现H2S04/H202预处理的样品催化活性较稳定,锻烧和无预处理的样品的催化活性相对一次光催化结果有所减弱,分析可知这是由于样品中Ti02膜层剥落造成的。  综合以上结果说明,经过锻烧预处理和无预处理的玻璃纤维样品,其膜层与玻璃纤维结合较松她、易剥落,经h2so4/h2o2预处理的试样膜层与玻纤结合牢固,光催化活性稳定。  如无特殊说明,本文其他试样都采用了H2S04/H202煮沸预处理。  3.2浸胶工艺的影响玻璃纤维在真空负压下浸胶,可以排除玻璃纤维表面吸附的空气,实现纤维与溶胶的充分接触,浸胶次数是影响Ti02层包覆状态的主要因素。显示了经过不同次数浸胶获得试样的光催化性能,可以发现只经1次浸胶的样品其光催化性能较弱,经过2、3、6、9次浸胶得到的样品具有相近且较强的光催化活性结合样品的SEM形貌可以得知1次浸胶玻璃纤维表面Ti2层包覆不完整,2次浸胶可以弥补一次浸胶的缺陷实现玻璃纤维的较完全包覆,提高了样品的光催化性能。3次以上浸胶虽然可以增加包覆膜的厚度,但是玻璃纤维总的包覆表面积基本不变,限制了其光催化性能进一步提高。从图中还可以看出,多次浸胶在Ti2层表面形成了新的乃02层,其层间结合较松弛,容易剥离脱落。多次浸胶不能达到理想的预计层数,因此从工艺简化以及试样的催化特性提高考虑,浸胶2次是较合理的浸胶次数。  3.3Ti02溶胶的影响溶胶的特性也会影响Ti02在玻璃纤维浸胶的表面的附着效果,实验发现主要的影响因素是溶胶的浓度和pH值。浓度的差异会影响需要浸胶的次数,pH值不同将导致胶体中胶粒大小、带电状态和吸附能力的不同。是用浓度分别0 0.0125mol/L的102溶胶浸胶2次得到的玻璃纤维样品的光催化性能结果,可以发现随溶胶浓度的提高,样品的光催化性能也相应提高。当浓度达到。5mol/L以上时,光催化性能提篼幅度不明显,这说明玻璃纤维浸胶存在―个饱和浓度,低于该浓度制备的样品Ti2在玻璃纤维表面包覆不完全,样品光催化性能发挥不充分,高于饱和浓度浸胶制备的样品表面包覆完全,光催化性能发挥较充分,但是由于玻璃纤维表面积的限制,其光催化性能的提高也受到限制,因此本文选择。Imol/L作为样品的最佳浸胶浓度。是用不同pH值的12溶胶制备的玻璃纤维样品光催化性能的对比,结果显示用pH=2.0的Ti02溶胶制备的玻璃纤维样品具有最高的光催化活性;pH<2的样品随酸度的增加光催化性能降低,pH >2的样品随酸度的增加,光催化活性增强。分析原因可能是酸度较大时,部分奶2胶粒发生溶解变小,所带电荷减少,在玻璃表面的吸附减弱;羟基化的玻璃纤维尽管显负电性,但是过多H+与TiOz胶粒产生了争夺轻基的竞争,进一步削弱了Ti02在玻璃表面的吸附。pH=0.5的样品的SEM结果证实玻璃纤维表面存在较少的Ti02,因此强酸环境制备的样品具有很弱的光催化活性(pH=0.5的样品和无附载Ti02的玻璃纤维样品光催化活性相当)。在弱酸环境下,Ti02水解较充分,胶体中胶粒较大,吸附到玻璃纤维表面后易脱落,酸度增加时,胶粒变小、电性增强,易吸附到玻璃纤维表面,从而光催化性能增强。总之,只有当Ti2溶胶的pH值取得合适时,才能在玻璃纤维表面获得结合力较强、光催化活性较高的Ti02薄膜。  3.4热处理工艺的影响浸胶后的玻璃纤维需要进行后续热处理,以提高Ti2在玻璃纤维表面的附着力并改变晶型结构提高光催化活性。热处理的时间和温度是热处理工艺的关键。是样品经过35050,5501热处理后光催化性能的对比,可以发现450丈热处理的样品具有较高的光催化活性。由图中对应的XRD结果可以看出,4501偷50丈热处理的样品衍射峰较强,说明其晶化程度较高,350T热处理样品衍射峰较弱且较宽,说明晶化不完全;55丈热处理的样品XRD图谱中出现了较强的金红石相衍射峰,450热处理的样品具有较好的晶化程Ti02溶胶浓度对样品光催化性能的影响(2次浸胶、PH=2、450T:空气中热处理2h)Ti02溶胶pH值对样品光催化性能的影响(2次浸胶、,热处理温度对样品光催化性能的影响(2次浸胶、pH热处理时间对样品光催化性能的影响度以及较多的锐钛矿结构,还混有少量金红石相结构。众所周知,金红石相102具有较弱的光催化活性,锐钛矿结构的Ti02光催化活性则较强。有研究表明,混有少量金红石结构的锐钛矿102具有更高的光催化活性,因此45(TC热处理的样品相对其他样品具有强的光催化性能。给出了不同热处理时间样品光催化性能的对比,结果表明样品随热处理时间的延长光催化性能有一定的提篼,但是超过2h热处理的玻璃纤维样品的光催化性能提高不明显,这与样品的晶化程度密切相关。实验还发现,较高温度(550)或较长时间(4h)热处理玻璃纤维会发生部分断裂,因此较合适的热处理条件是450保温2h. 4结论本文通过对Ti02附载玻璃纤维制备工艺与其光催化性能之间关系的研究,得出制备高活性光催化玻璃纤维的最佳工艺是采用pH =2、浓度为0. 1mol/L的102溶胶将经硫酸双氧水预处理的玻璃纤浸胶2次,空气中4501热处理2h.利用此工艺获得的Ti02附载玻璃纤维材料具有最佳的光催化性能(用主波长为253. 7nm的8W紫外灯照射15 mL浓度为2 mg.L―1的Rh.B溶液100min的降解率约为70%)。

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