纤维负载纳米TiO_2/SiO_2气凝胶复合光催化剂的制备及自清洁性能研究

【摘要】：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。 【关键词】：TiO_2 SiO_2气凝胶 光催化 自清洁 可重复利用性能
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O643.36;TS195
【目录】：

• 摘要5-8
• Abstract8-10
• 目录10-13
• 第1章 绪论13-26
• 1.1 引言13-14
• 1.2 纳米TiO_2概述14-21
• 1.2.1 纳米TiO_2简介14-15
• 1.2.2 纳米TiO_2的光催化机理15-17
• 1.2.3 纳米TiO_2的制备方法17-19
• 1.2.4 纳米TiO_2的改性方法19-21
• 1.3 SiO_2气凝胶简介21
• 1.4 自清洁原理21-22
• 1.4.1 超亲水自清洁原理21
• 1.4.2 疏水性自清洁原理21-22
• 1.5 纳米TiO_2整理纺织品的自清洁性能研究进展22-24
• 1.6 本论文的研究意义及主要研究内容24-26
• 1.6.1 研究意义24-25
• 1.6.2 主要研究内容25-26
• 第2章 不同溶剂C、N共掺杂纳米TiO_2的低温制备及可见光下光催化性能研究26-36
• 2.1 引言26
• 2.2 实验部分26-28
• 2.2.1 实验材料与仪器26-27
• 2.2.2 催化剂的制备27-28
• 2.3 测试及表征28-30
• 2.3.1 XRD分析28
• 2.3.2 比表面积测试28
• 2.3.3 TEM测试28
• 2.3.4 光学吸收性质测试28
• 2.3.5 光催化活性评价28-30
• 2.5 结果与讨论30-35
• 2.5.1 XRD分析30-31
• 2.5.2 比表面积测试31
• 2.5.3 TEM测试31-32
• 2.5.4 光学吸收性质32-33
• 2.5.5 光催化活性评价33-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第3章 纳米N-TiO_2/SiO_2气凝胶复合整理棉织物的自清洁性能研究36-45
• 3.1 引言36
• 3.2 实验部分36-37
• 3.2.1 实验材料与仪器36-37
• 3.2.2 SiO_2气凝胶的功能化改性37
• 3.2.3 整理棉织物37
• 3.3 测试与表征37-39
• 3.3.1 比表面积测试38
• 3.3.2 分散性能测试38
• 3.3.3 SEM测试38
• 3.3.4 白度测试38
• 3.3.5 紫外线防护性能测试38
• 3.3.6 自清洁性能测试38
• 3.3.7 可重复利用性能测试38-39
• 3.3.8 断裂强力测试39
• 3.4 结果与讨论39-44
• 3.4.1 比表面积测试39
• 3.4.2 分散性能测试39-40
• 3.4.3 SEM测试40
• 3.4.4 白度测试40-41
• 3.4.5 紫外线防护性能测试41
• 3.4.6 自清洁性能测试41-42
• 3.4.7 可重复利用性能测试42-44
• 3.4.8 断裂强力性能测试44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 结论45-46
• 参考文献46-54
• 撰写及发表论文情况54-55
• 致谢55

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