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釉面瓷砖表面TiO_2光催化薄膜的制备及其光催化性能研究

张小良  
【摘要】: 半导体光催化技术因其能降解污染物而成为一个被广泛研究课题。光催化技术的主要特点在于它能够以廉价、简单方便的方式降解大部分有机和部分无机废水,并且最终能把污染物降解成水、二氧化碳和相应的无害无机物等。目前,半导体二氧化钛是最广泛被人研究的金属氧化物。它的优势在于对环境无害,在水环境里稳定和相对廉价的特点,但是TiO_2粉末难分离回收仍然是面临的问题。本文在釉面瓷砖表面成功的制备纳米二氧化钛薄膜,研究了制备工艺各参数与二氧化钛晶体形貌结构,对该材料的光催化活性和光催化性能进行了有益的探索。 本文是采用溶胶—凝胶法在瓷砖釉面制备光催化二氧化钛薄膜材料,研究了升温速度、干燥时间、保温时间、焙烧温度、镀膜层数、潮解时间、潮解方式等工艺参数对光催化活性的影响。实验研究表明当升温速度为4.8℃/min、100℃保温时间为90分钟、540℃保温时间为120分钟、焙烧温度为540℃、干燥时间为5分钟、镀膜层数为5层、潮解时间为1分钟、潮解方式为垂直式时在釉面瓷砖表面所制 备的二氧化钛光催化环境材料活性最好。 利用x射线衍射仪、能谱分析和电子扫描电镜对瓷砖釉面表面的 二氧化钛晶型、形貌、颗粒大小进行了测试。结果表明在焙烧温度为 540 oC所制得瓷砖釉面材料二氧化钛晶型以锐钛型为主,表面形貌平 整透明,二氧化钛颗粒大小为20urn—50n队 镀5层的厚度为109n队 质量大约为0.00425克。 利用所制得的二氧化钛薄膜对矿山常见废水成份黄药(直链)和 染料废水成份甲基橙(苯环)进行了光催化降解研究。研究表明质量 为 0刀0425克涂附 5层的H氧化钛光催化剂和 0*克化学纯粉末对黄 药的光催化降解率相当:分别为 62.7%和 61.l%。涂附 5层的 H氧化 钛光催化剂和0.4克的化学纯粉末对甲基橙的光催化降解率分别为: 47.9%和 31.5%。液膜厚度实验表明:黄药与甲基橙的光催化降解率 与液膜厚度的关系符合指数方程。对黄药的光催化降解符合二级动力 学方程,对甲基橙的光催化降解符合一级动力学方程。在300W紫外 灯光照 5分钟后黄药的降解率为 98%。光照 12分钟后甲基橙溶液的 降解率为 49.2%。在太阳光下,H氧化钛薄膜同样能够有效光催化降 解黄药和甲基橙。以上实验结论说明了釉面瓷砖光催化二氧化钛材料 的具有较强的光催化活性。


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