納米光催化材料形態(tài)結(jié)構(gòu)控制及其應(yīng)用技術(shù)研究.pdf

1、本文采用多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)系統(tǒng)研究了形態(tài)結(jié)構(gòu)可控的高活性納米光催化材料制備方法及材料應(yīng)用性能。 可見(jiàn)光敏感的高活性納米級(jí)TiO<,2>-xNx光催化新材料制備及材料應(yīng)用性能研究。以偏鈦酸為原料，通過(guò)摻氮制備可見(jiàn)光敏感的高活性納米級(jí)TiO<,2>-xNx，研究了制備過(guò)程中多種因素(溫度、時(shí)間、混合氣體流量比例等)對(duì)材料形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。樣品摻氮量隨著反應(yīng)溫度和時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。當(dāng)反應(yīng)溫度為450℃，反應(yīng)時(shí)間為3h，NH<,3>:Ar(

2、流速比)為1:1時(shí)，所得粉體樣品為銳鈦礦型結(jié)構(gòu)，平均粒徑為20nm左右，摻氮量為0.8％，光吸收帶邊從387nm紅移至500rim左右。樣品光催化活性研究表明，在可見(jiàn)光下TiO<,2>-xNx光催化降解SO<,2>和亞甲基藍(lán)的活性明顯高于未摻氮納米級(jí)TiO<,2>粉體。在100L回轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行材料中試結(jié)果表明，中試樣品的催化活性與實(shí)驗(yàn)室樣品非常接近。 在配方和工藝優(yōu)化基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)以納米TiO<,2>-xNx光催化材料為核心的凈化空

3、氣涂層材料。研究成膜物質(zhì)種類對(duì)涂層抗紫外性能的影響，獲得適合光催化涂層材料制備所需的成膜物復(fù)配體系，并確定PVC為70的乳液最佳用量。研究了納米光催化劑用量對(duì)涂層性能的影響，結(jié)果表明，當(dāng)納米光催化劑含量適中時(shí)，涂層的耐洗刷性、耐沾污性、鉛筆硬度和對(duì)比率等較未加納米光催化劑涂層有明顯提高。對(duì)NO和S02光催化降解產(chǎn)物分析后證實(shí)，NO和SO<,2>的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物分別為硝酸根和硫酸根。本研究開(kāi)發(fā)的凈化空氣涂層材料經(jīng)工業(yè)化放大，已在實(shí)際生產(chǎn)中獲得應(yīng)

4、用。 光催化超親水透明薄膜低溫制備技術(shù)研究。通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化TiCl<,4>水解制備光活性納米氧化鈦溶膠的工藝條件，在最佳條件下制得的氧化鈦溶膠為銳鈦礦相和金紅石相混晶結(jié)構(gòu)，膠粒尺寸為11nm左右。以TEOS和KH550共水解產(chǎn)物與氧化鈦溶膠混合，得到的產(chǎn)物涂布于透明PC板表面，可獲得具有優(yōu)異超親水性光催化透明薄膜。詳細(xì)分析研究了薄膜結(jié)構(gòu)以及材料親水性和光催化活性。結(jié)果表明，低溫制備的PC板表面薄膜均勻平整、無(wú)裂痕、透光率在84

5、％左右，與水的接觸角最小可達(dá)4.4°，具有良好的超親水性和抗霧性能，對(duì)SO<,2>光催化降解率達(dá)98％以上。 中孔結(jié)構(gòu)負(fù)載型納米TiO<,2>光催化薄膜的制備及材料應(yīng)用性能研究。以鈦酸丁酯為前驅(qū)物，用溶膠-凝膠法在不銹鋼絲網(wǎng)上制備了中孔結(jié)構(gòu)負(fù)載型納米TiO<,2>光催化薄膜，考察制備工藝包括PEG種類和添加量、溶膠中加水量、涂膜次數(shù)及煅燒溫度等對(duì)材料光催化活性的影響規(guī)律。結(jié)果表明，當(dāng)負(fù)載型納米TiO<,2>光催化薄膜中TiO<,

6、2>2粒徑為30mm左右，晶型為銳鈦礦和金紅石混晶結(jié)構(gòu)時(shí)，薄膜光催化活性較高。并以該薄膜為核心組裝復(fù)合型室內(nèi)用空氣凈化機(jī)，該凈化機(jī)在2h內(nèi)對(duì)氨去除率為84.6％，VOC去除率為93.3％；以氯仿為降解對(duì)象，進(jìn)行以該薄膜為核心的光電協(xié)同飲用水深度凈化工藝研究，考察了影響光電協(xié)同氯仿催化降解的各種工藝因素。結(jié)果表明，氯仿溶液初始濃度、外加偏壓和光照強(qiáng)度等對(duì)氯仿降解率有較大影響。對(duì)光電協(xié)同氯仿催化氧化降解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和機(jī)理作了初步探討。在研究基