ZnO-TiO2复合膜的制备及其光催化性能的研究

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目前,在光催化治理水污染方面,膜的光催化是一个研究的热点,因为膜催化不存在二次污染且便于回收和重复利用,研究较多的是ZnO薄膜和TiO2薄膜,但是单一组分的薄膜存在光能利用率低,光激子复合率高,易发生光腐蚀等缺点,复合膜是解决该问题的有效途径,我们提出了全新的复合薄膜的制备方法—混合溶胶法。本论文研究了溶胶凝胶法制备ZnO、TiO2薄膜的工艺,研究了用混合溶胶法制备ZnO-TiO2复合薄膜的工艺,制备了结晶性能较好的ZnO、TiO2薄膜和光学性能较好的ZnO-TiO2复合薄膜。通过旋转粘度仪研究了溶胶粘度随陈化时间的变化,确定了溶胶的陈化时间,通过紫外可见分光光度计研究了薄膜的吸光性能,通过光催化降解甲基橙研究了ZnO-TiO2复合薄膜的光催化性能,并和掺杂、交替涂膜两种方法制备的复合膜进行了光吸收和光催化性能对比。通过研究溶胶混合顺序、溶胶混合时机、溶胶混合比例、拉膜速度、拉膜层数以及热处理工艺等,确定了用混合溶胶法制备ZnO-TiO2复合薄膜的最佳工艺,其制备工艺如下:首先将制备好的ZnO溶胶和TiO2溶胶分别陈化24 h,然后将ZnO溶胶在搅拌的情况下缓慢加入到TiO2溶胶中,连续搅拌0.5 h,在自然条件下让混合溶胶陈化24 h,将清洗干净的载玻片缓慢浸入到混合溶胶中约30 s,然后以10 mm/s的提拉速度拉制8层薄膜,每拉制一层需要在100℃干燥箱中干燥10 min,将干凝胶膜放入管式加热炉中以3℃/min的速度使炉温升至550℃,然后在该温度下保温2 h,随炉温自然冷却。研究发现用混合溶胶法制备的ZnO-TiO2复合薄膜的光吸收带边可以拓展到500 nm左右,对甲基橙的光催化降解率,3 h可达到90%。无论在光吸收还是催化能力上较其他方法制备的ZnO-TiO2复合薄膜均有了较明显的提高。
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