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文檔簡介
1、在光催化降解有機(jī)物方面,TiO2是最具有代表性的光催化材料之一。TiO2吸收了一定能量的光子后,價(jià)帶電子受激發(fā)進(jìn)入導(dǎo)帶,形成了具有強(qiáng)氧化性和強(qiáng)還原性的空穴—電子對,從而表現(xiàn)出光催化活性。制備負(fù)載型TiO2薄膜是解決顆粒狀TiO2催化劑難回收、易凝聚和二次污染等問題的有效方法之一,但是由于純TiO2薄膜對自然光的利用率不高、化學(xué)穩(wěn)定性差以及易磨損等缺點(diǎn),限制了其在實(shí)際生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用。本項(xiàng)研究討論了各項(xiàng)工藝參數(shù)與薄膜的光催化效率和薄膜硬
2、度的關(guān)系,這對今后進(jìn)一步研制耐磨光催化薄膜具有重要意義。 本研究采用溶膠—凝膠法分別制備了TiO2溶膠和ZrO2溶膠,用混膠法制備了復(fù)合溶膠,并用溶膠—凝膠浸漬提拉法制備了負(fù)載型光催化薄膜。制備工藝簡單,可操作性強(qiáng)。通過不同條件下制備的薄膜的各項(xiàng)性能的對比,得出了最佳工藝參數(shù)。 利用納米粒度分析儀和X射線衍射儀對溶膠的粒度、顆粒尺寸分布以及晶粒大小和晶型轉(zhuǎn)變進(jìn)行了考察,結(jié)果發(fā)現(xiàn)溶膠濃度對粒度分布影響不大,溶膠性質(zhì)穩(wěn)定,顆
3、粒粒度分布比較集中,大多數(shù)都在40nm以下。PEG的加入有利于顆粒的分散;ZrO2的摻雜能夠延遲TiO2晶相轉(zhuǎn)變溫度,而且能夠有效抑制晶粒的長大。 利用掃描探針顯微鏡和掃描電子顯微鏡對薄膜的表面形貌進(jìn)行了觀察,發(fā)現(xiàn)PEG的添加有利于薄膜表面顆粒的分散,能形成均勻分布的氣孔,適當(dāng)增加薄膜表面的粗糙度;ZrO2的加入能抑制晶粒的長大,而且使顆粒形貌發(fā)育得更加完善。結(jié)合TG-DSC和XRD曲線分析了熱處理過程中有機(jī)物分解情況和晶型轉(zhuǎn)變
4、情況,從而制定了合理的溫度制度。 通過對ZrO2薄膜的XRD分析,發(fā)現(xiàn),本實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛑频梅€(wěn)定的四方相ZrO2,而且利用紫外—可見光光譜分析方法證明了ZrO2的摻雜使TiO2薄膜的吸收邊帶紅移,這就提高光催化劑薄膜的可見光的利用率。 通過光催化實(shí)驗(yàn),討論了ZrO2、表面活性劑PEG的含量、熱處理溫度、光強(qiáng)度對光催化效率的影響。隨著PEG和ZrO2含量的增加,薄膜的光催化效率先升高后降低,這是由薄膜的表面形貌和電子—空穴分離的
5、效率決定的。對于確定的光源,光強(qiáng)度越大,光催化體系吸收的光子越多,越有利于光催化反應(yīng)的進(jìn)行。 對于光催化薄膜的耐磨性的研究還很少有見報(bào)道,本實(shí)驗(yàn)對薄膜的硬度進(jìn)行了初步探討,發(fā)現(xiàn),合理的組成材料,適當(dāng)組分的相對含量有利于薄膜硬度的提高。ZrO2作為機(jī)械強(qiáng)度高,耐磨性能好,硬度大的常用的力學(xué)性能良好的材料與TiO2復(fù)合不僅提高了薄膜的光催化效率,還大大的增加了薄膜的硬度。結(jié)合本實(shí)驗(yàn)工藝,薄膜的硬度并不是按ZrO2含量的增加而遞增,而
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