纤维负载纳米TiO2/SiO2气凝胶复合光催化剂的制备及自清洁性能研究

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Ti02具有光催化活性高、化学稳定性好、价廉无毒、无二次污染等优点,是目前公认的最有前景的绿色环保的光催化材料之一。但是由于Ti02存在太阳能利用率低、光催化效率较低、粉体容易聚集且难以回收等缺点而限制了其更好的推广应用。近年来,国内外学者针对这些问题做了大量改性和负载研究,取得了不错的成绩。但是,依然存在很多问题。如负载织物时由于Ti02光催化氧化的无选择性,致使织物光催化脆损就是其中的一大难点。为了改善因负载Ti02对织物的损伤,研究采用SiO2气凝胶作为阻隔层先负载于织物,然后再负载Ti02,这样利用SiO2化学稳定性好的优点保护织物免于损伤,同时利用Si02气凝胶比表面积大、吸附性强的优点,充分发挥光催化降解性能,达到较好的自清洁效果,同时具有优异的抗紫外线性能。主要研究内容和结论如下:(1)不同溶剂C、N共掺杂纳米Ti02的低温制备及可见光下光催化性能研究及比较。以葡萄糖、尿素、硝酸为改性原料,结合四氯化钛作为钛源,分别采用水和乙醇作为溶剂,在180℃条件下合成一系列C、N掺杂的Ti02。考察采用不同溶剂制备的离子掺杂型光催化剂的晶型结构、能带结构以及晶粒尺寸等的影响规律;探讨并比较离子掺杂型Ti02在可见光下的光催化活性。结果表明,采用一步热处理法制备的样品粒径均较小,在10nm以下。采用乙醇作为溶剂制备的样品为锐钛矿型,采用水作为溶剂制备的样品为锐钛矿型和金红石型的混晶。所制备的样品比表面积都较大,采用乙醇作为溶剂制备的样品其比表面积更大。采用乙醇作为溶剂制备的C/N共掺杂的纳米TiO2,在可见光下对罗丹明B (RhB)光照3h,其降解率达到98.1%;对苯酚光照5h,其降解率达到58.13%,其降解率较在水溶液中制备的C/N共掺杂的纳米TiO2要高。(2)N-TiO2/SiO2气凝胶/柔性纤维复合光催化剂的制备及太阳光下自清洁性能研究。采用3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS)对Si02气凝胶功能化改性,然后制成相应的水分散液,通过传统的浸-轧-烘工艺将改性的SiO2气凝胶接枝到纤维表面。按照同样的方法,将N-TiO2整理到此织物上,制得N-TiO2/SiO2气凝胶/柔性纤维复合光催化材料。研究复合光催化剂对织物的紫外线防护性能影响规律:系统考察复合光催化剂对纤维制品断裂强力的影响规律;重点探讨三元复合光催化材料对污物如RhB的自清洁效果以及可重复利用性能。结果表明,N-TiO2和N-TiO2/SiO2气凝胶整理的棉织物UPF值均为50+,属于极好的紫外线防护级别。在太阳光下采用RhB作为模型污染物评价自清洁性能,发现N-TiO2和N-TiO2/SiO2气凝胶整理的棉织物具有优异的自清洁性能,尤其是N-TiO2/SiO2气凝胶整理棉织物上的RhB在光照4h后基本上降解完全,而且在重复利用10次后依然有优良的自清洁性能。整理后的棉织物在模拟太阳光下光照24h后,N-TiO2整理的棉织物经纬向强力均有所下降,而N-TiO2/SiO2气凝胶复合整理的棉织物基本不变。
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