纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板的低温制备

【摘要】：自Fujishima等人对外公布了Ti02电极光分解水的重大发现以来,在催化领域掀起了大规模的探索,其中Ti02在紫外光照条件下具有优异的光催化活性,能够有效去除污染物质,不会对环境形成二次污染,是目前发现的最有效并实现工业化运用的催化剂。 氟碳铝单板因其质量轻、刚性好、强度高以及耐候性好等优点而被用作为新型建筑材料。但是严重的社会污染,为氟碳铝单板的清洁维护带来了难题,这使得人们热衷于研发一种具有自清洁能力的氟碳铝单板。 本文主要针对氟碳铝单板制备了自清洁涂层,将纳米TiO2溶胶涂覆在氟碳铝单板表面,对溶胶的制备工艺体系以及自清洁氟碳铝单板的各项性能进行了系统性的探索。以氟碳铝单板为试验基材,钛酸四正丁酯为前驱材料,首先采用改进溶胶-凝胶法在水浴环境下制好Ti02水溶胶,而后采用浸渍-提拉法在氟碳铝单板表面涂膜。研究了水的使用量、pH值以及水浴温度和水浴时间等工艺参数对溶胶性能以及自清洁氟碳铝单板表面涂膜性能的影响。采用激光粒度仪对溶胶粒度进行表征分析；采用X射线衍射仪和傅里叶变换红外光谱仪对Ti02粉体的晶体结构进行了表征；使用扫描电镜对自清洁氟碳铝单板的表面形貌进行了观察；用紫外-可见光分光光度计对自清洁涂层的吸收光谱进行了分析；通过紫外灯光照对自清洁氟碳铝单板的亲水性能以及催化性能展开了测试分析。 研究结果表明,钛酸丁酯的水解程度随着水量的增加和pH的减小而趋于完全,溶胶性质稳定,Ti02的晶体结构趋于完善；在酯水比为1：120,pH=2时,钛酸丁酯处于完全水解状态,溶胶性能稳定能够长期放置,Ti02表现为晶型良好的锐钛矿型。通过水浴加热后,钛酸丁酯都为完全水解,加热温度的升高或者加热时间的延长,有利于提升Ti02的结晶程度,具有“时温等效效应”；经过80℃恒温水浴8h后溶胶性能稳定,颗粒尺寸均匀,为晶型良好的锐钛矿晶型,将此条件下制备的Ti02溶胶用以制备自清洁氟碳铝单板。 研究结果表明,自清洁氟碳铝单板涂层表面致密,晶体颗粒尺寸细小均匀,直径约为10-40nm；在360nnm附近的紫外光趋于表现出了强烈的吸收特性,并且水浴处理促进了涂层吸收边沿的红移,拓宽了涂层的光响应范围。在紫外光照射条件下,氟碳铝单基材的水接触角接近70°,而自清洁氟碳铝单板表现出了良好的亲水特征,照射3h后水接触角10°,延长照射时间,接触角趋于0°,表现为超亲水性；采用亚甲基蓝溶液作为目标降解物对自清洁氟碳铝单板的光催化活性进行了研究表征。 研究结果表明,该条件下制备的自清洁氟碳铝单板表现出了良好的光催化活性；且随着水浴时间的延长,光催化活性逐渐增强。由未经水浴处理的TiO2溶胶制备的自清洁氟碳铝单板在紫外光照条件下对亚甲基蓝溶液的降解率为20.9%,经过80℃恒温水浴4h和8h后的Ti02溶胶制备的自清洁氟碳铝单板的降解率分别提升到了64.02%和72.1%。 【关键词】：氟碳铝单板 溶胶-凝胶法 二氧化钛溶胶 低温制备 催化活性 自清洁
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB383.1;TQ134.11
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 前言10-28
• 1.1 概述10-11
• 1.2 TiO_2的光催化反应机制与影响因素11-18
• 1.2.1 TiO_2的基本结构与性质11-12
• 1.2.2 半导体的能带理论及去活化过程12-13
• 1.2.3 TiO_2的光催化机理13-15
• 1.2.4 影响TiO_2光催化活性的因素15-17
• 1.2.5 光致亲水性17-18
• 1.3 TiO_2的应用18-20
• 1.3.1 空气净化18
• 1.3.2 污水治理18-19
• 1.3.3 自清洁19-20
• 1.4 TiO_2纳米材料的制备技术20-23
• 1.4.1 TiO_2薄膜的低温制备20-22
• 1.4.2 Sol-Gel法的基本原理22-23
• 1.5 提升TiO_2光响应能力的途径23-26
• 1.5.1 表面光敏化23-24
• 1.5.2 半导体复合24-25
• 1.5.3 金属离子掺杂25
• 1.5.4 非金属掺杂25-26
• 1.6 TiO_2在氟碳铝单板上的应用现状26-27
• 1.6.1 自清洁氟碳铝单板的发展现状26
• 1.6.2 TiO_2在氟碳铝单板中的应用26-27
• 1.7 立题依据和实验内容27-28
• 1.7.1 立题依据27
• 1.7.2 实验内容27-28
• 第2章 实验内容28-34
• 2.1 实验方案28
• 2.2 实验原料和设备28-29
• 2.3 TiO_2溶胶及薄膜的制备工艺过程29-30
• 2.3.1 TiO_2溶胶的制备29
• 2.3.2 TiO_2粉体的制备29
• 2.3.3 TiO_2自清洁涂膜的制备29-30
• 2.4 表征手段30-34
• 2.4.1 X射线衍射30
• 2.4.2 扫描电子显微镜30
• 2.4.3 粒度分析30-31
• 2.4.4 傅里叶变换红外光谱31
• 2.4.5 紫外-可见光吸收光谱31
• 2.4.6 亲水性能31-32
• 2.4.7 光催化活性32-34
• 第3章 水量及pH值对低温制备TiO_2溶胶的影响及性能研究34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 TiO_2溶胶及粉体的制备34-35
• 3.3 结果分析与讨论35-45
• 3.3.1 水的加入量对低温制备TiO_2溶胶的影响35-41
• 3.3.2 pH变化对低温制备TiO_2溶胶的影响41-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 水浴处理对低温制备TiO_2溶胶的影响及性能研究46-55
• 4.1 引言46
• 4.2 样品的制备方法46
• 4.3 结果分析46-54
• 4.3.1 水浴温度对低温制备TiO_2溶胶的影响46-50
• 4.3.2 水浴时间对TiO_2溶胶低温制备的影响50-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 TiO_2溶胶在氟碳铝单板表面成膜性能的研究55-62
• 5.1 前言55
• 5.2 自清洁氟碳铝单板的制备55-56
• 5.2.1 氟碳铝单板的预处理55
• 5.2.2 TiO_2溶胶在氟碳铝单板的成膜55-56
• 5.3 结果分析与讨论56-61
• 5.3.1 TiO_2溶胶的成膜现象56-59
• 5.3.2 PEG改性对溶胶成膜性能的影响59-60
• 5.3.3 提拉次数对涂膜厚度的影响60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第6章 自清洁氟碳铝单板的性能表征与研究62-70
• 6.1 前言62
• 6.2 自清洁氟碳铝单板的制备62
• 6.3 结果与分析62-68
• 6.3.1 自清洁涂膜的光吸收特性研究62-63
• 6.3.2 自清洁氟碳铝单板的亲水性研究63-67
• 6.3.3 自清洁氟碳铝单板的光催化活性研究67-68
• 6.4 本章小结68-70
• 第7章 总结和展望70-72
• 7.1 结论70-71
• 7.2 展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-78
• 攻读学位期间的研究成果78

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