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《重庆大学》 2004年
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TiO_2掺杂光催化环保节能材料研究

张峻华  
【摘要】:1972年,Fujishima等发现单晶半导体电极能光分解H2O。自那时以来,经过各国学者不懈的探索和研究,半导体光催化材料在空气净化、饮用水消毒和工业废物的处理等方面已经显示出广阔的潜在应用前景。相对于其它半导体光催化剂,TiO2具有无毒、催化活性高、稳定性好等优点,已成为国内外环境科学工作者的研究热点。由于普通粉末状TiO2在使用过程中存在光活性不高、分离与回收困难以及易产生二次污染等问题,因此TiO2改性、薄膜固载化逐渐成为新的研究热点。普通钠钙玻璃价格便宜、应用广泛,在其表面涂覆高光催化活性TiO2薄膜可制成具有环保和节能功能的自洁净玻璃,它在灯具、建材等各个领域具有潜在实用价值。 论文在查阅大量文献资料的基础上,以钛酸丁酯(TNB)为主要原料,以溶胶-凝胶法掺杂制备前驱体,以浸涂法制膜,制备出掺Fe3+改性纳米TiO2多功能覆膜材料——SG-2型自洁净玻璃。论文深入研究并讨论了掺Fe3+量、PEG添加量、涂膜层数对镀膜玻片光学性能和催化性能的影响及机理,同时测试了成品对模拟污染物和实际污染物的光催化降解性能以及自然条件下的除尘自净性能。 实验结果显示,当涂膜前驱体中钛酸丁酯、乙醇、三乙醇胺、水的摩比为1:34:1.25:1.5,PEG的浓度为0.13wt%,Fe3+的掺杂浓度为0.12wt%,镀膜两层时,SG-2综合性能最好,其基本性能参数为:可见光平均透光度为68.4%,紫外光平均透光度为49.1%,对丫啶橙模拟废水的降解率为62.5%。实际条件下的自洁净性能试验表明:SG-2 90min内对毛衣洗涤废水的脱色率达到62.5%,60min内可完成对表面所覆油膜的绝大部分降解;室内、室外自然环境下静置两周,SG-2透光度分别保持为35.2%和48.5%,保持程度好于普通玻璃,经过轻度清洗,透光度可提高到61.2%和68.6%,提高率为95.5%和26.2%,优于普通玻片的清洗效果,清洁强度也大为降低。同时,SG-2型镀膜玻片也显示出良好的超亲水性,完全浸润时间约为60min,保持时间为1.5h。 论文在进一步查阅最新资料以及得到的相关实验结果显示,微乳无机凝胶法对于控制纳米TiO2粒径效果更佳,所得成品催化活性更高。因此,又以溶胶凝胶法中得到的各成分最佳配比为基础,研究出微乳无机凝胶法制备涂膜玻璃前驱体的工艺配方。当钛酸丁酯、乙醇、三乙醇胺、水、TX-100、正己醇、环己烷的摩比为1:34:1.25:1.5:6.5:2.5:19,PEG的添加浓度为0.74g/L,Fe3+掺杂浓度为0.69g/L,镀膜两层时,制备出ME-S2型自洁净玻璃,其基本性能为:可见光平均透光度为70.6%,紫外光平均透光度为48.1%,对丫啶橙模拟废水的降解率为88.7%。实际 WP=5 条件下的自洁净性能试验表明:ME-S2 90min内对毛衣洗涤废水的脱色率为72.3%,脱色率较SG-2提高15.7%;60min内可完成对其表面所覆油膜的大部分降解,降解效果稍稍好于SG-2;室内、室外自然条件下静置两周,透光度分别为40.8%、52.4%,轻度清洗后可提高到73.2%和71.1%,透光度保持效果及清洗效果均好于普通玻璃与SG-2。ME-S2具有与SG-2相似的超亲水性,但完全浸润时间稍短。 ME-S2与SG-2相比,综合性能略微占优,但成本更高。两者都具备潜在的实际应用价值。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:X703

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