納米TiO2光催化降解污染物及表面浸潤(rùn)性應(yīng)用研究.pdf

1、TiO2是一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，物理性能優(yōu)良并且對(duì)環(huán)境友好的半導(dǎo)體化合物。從1972年Fujishima等人發(fā)現(xiàn)ZiO2單晶電極能夠光解水以來(lái)，研究者們對(duì)TiO2的光催化降解性能和表面浸潤(rùn)性進(jìn)行了系統(tǒng)、深入的研究。但是，ZiO2光催化降解污染物常受到載體形式和可利用波長(zhǎng)太窄的限制，且ZiO2浸潤(rùn)性轉(zhuǎn)換較弱也制約了其在功能材料領(lǐng)域的應(yīng)用。如何提升ZiO2光催化性能拓展其在環(huán)境工業(yè)的應(yīng)用能力，如何增強(qiáng)TiO2光控浸潤(rùn)性轉(zhuǎn)換提高其在材料表面科學(xué)領(lǐng)

2、域的應(yīng)用，將具有重要的科學(xué)意義。本課題旨在利用負(fù)載和摻雜的方法提高ZiO2的光催化降解效率;設(shè)計(jì)、構(gòu)建復(fù)合微納米結(jié)構(gòu)增強(qiáng)ZiO2的表面浸潤(rùn)性;并且將UV光致ZiO2表面浸潤(rùn)性的改變運(yùn)用到微通道閥門及Pickering乳液中，為提高TiO2的實(shí)際應(yīng)用能力提供可靠的借鑒。
　　 在TiO2降解水污染物的研究中，利用溶膠-凝膠法和浸漬-提拉法在毛細(xì)管、載玻片和玻璃珠三種載體上負(fù)載納米TiO2顆粒，并將其用于UV光催化降解水中污染物（甲

3、基橙）。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，毛細(xì)管的限域微米空間不僅有局部富集污染物的作用，還能增加污染物與納米ZiO2顆粒的接觸機(jī)率，大大提高了TiO2降解水中污染物的效率。通過(guò)在TiO2晶體中摻雜Pb、N、Fe三種元素的方法，研究了ZiO2在可見光下降解污染物的效率;研究發(fā)現(xiàn)，Pb元素的摻雜不僅能使ZiO2的激發(fā)光波波長(zhǎng)紅移，還能使TiO2晶體的顆粒直徑變小，所以其可見光催化降解效率最高。
　　 在TiO2的表面浸潤(rùn)性研究方面，利用溶膠-凝膠法和

4、St(O)ber方法在載玻片表面制備了單一納米TiO2結(jié)構(gòu)和三種結(jié)構(gòu)層次分明的SiO2-TiO2復(fù)合微納米結(jié)構(gòu)。利用UV光照改變TiO2的表面浸潤(rùn)性，發(fā)現(xiàn)復(fù)合微納米結(jié)構(gòu)的親/疏水性比納米結(jié)構(gòu)的親/疏水性都強(qiáng);并且，隨著SiO2微球直徑的增加，表面親/疏水性被進(jìn)一步強(qiáng)化。研究還建立了復(fù)合微納米結(jié)構(gòu)與接觸角的模型，結(jié)合Cassie-Baxter方程和模型計(jì)算出的理論值與實(shí)測(cè)值基本吻合。該方法制備的復(fù)合微納米結(jié)構(gòu)還具有UV光控親/疏水轉(zhuǎn)換性能

5、。
　　 在研究了復(fù)合微納米結(jié)構(gòu)對(duì)表面浸潤(rùn)性的強(qiáng)化作用后，在內(nèi)徑為5OOμm的毛細(xì)管內(nèi)構(gòu)筑了SiO2-TiO2復(fù)合微納米結(jié)構(gòu)，并對(duì)該復(fù)合微納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行了疏水化改性，制備出UV光控微通道閥門。研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合微納米結(jié)構(gòu)能夠強(qiáng)化微通道閥門的“開/關(guān)”效果。閥門實(shí)驗(yàn)表明，沒有經(jīng)過(guò)UV光照的微通道閥門處于“關(guān)閉”狀態(tài)，注射泵注入的液體不能通過(guò)微通道閥門流出;而在UV光下照射了6h后的微通道閥門，由于復(fù)合微納米結(jié)構(gòu)表面的TiO2層變?yōu)橛H水性

6、，閥門從“關(guān)閉”狀態(tài)變?yōu)椤伴_啟”狀態(tài)，注射泵注入的液體能夠順利通過(guò)閥門而流出。
　　 作者還研究了納米TiO2顆粒制備Pickering乳液，探索了乳液穩(wěn)定的體系條件，實(shí)現(xiàn)了UV光控Pickering乳液類型的轉(zhuǎn)換。分別用三種疏水化試劑制備出不同疏水性能的納米TiO2顆粒，置于煤油中照射24h，干燥后均能穩(wěn)定W/O乳液，將這三種粉末再用UV光照射12h后，制備出的乳液則是O/W型。通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，疏水性的納米TiO2顆粒放在煤油中

7、經(jīng)UV照射會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，該反應(yīng)使得TiO2顆粒的浸潤(rùn)性更適合穩(wěn)定W/O乳液。接觸角實(shí)驗(yàn)表明，UV光照改變了TiO2顆粒表面的浸潤(rùn)性，實(shí)現(xiàn)了UV光控Pickering乳液類型的轉(zhuǎn)換。相比其他Pickering乳液類型轉(zhuǎn)換研究，本研究的方法不改變?nèi)橐后w系的物化環(huán)境，只改變顆粒表面的浸潤(rùn)性，實(shí)現(xiàn)了UV光控Pickering乳液類型轉(zhuǎn)換，有力的確保了乳液制備的穩(wěn)定性。并且為Pickering乳液在化妝品行業(yè)、食品行業(yè)、藥物的可控釋放領(lǐng)域以及原