玻璃表面納米TiO-,2-薄膜的制備及其自清潔性能的研究.pdf

1、半導體TiO<,2>作為一種性能優(yōu)異的光催化材料，可將許多化學法、生物法無法降解的有機污染物降解為CO<,2>、H<,2>O等無機小分子，且成本低廉，不造成二次污染，因而在空氣凈化、工業(yè)廢水處理以及自清潔等方面有非常廣泛的應(yīng)用前景。近年來，TiO<,2>光催化技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境污染物的治理已經(jīng)成為環(huán)境科學研究的熱點。但由于TiO<,2>粉末光催化劑在使用過程中存在分離與回收困難等問題，因而TiO<,2>薄膜光催化劑逐漸成為一個新的研究熱點。

2、鈉鈣玻璃應(yīng)用范圍廣泛且價格便宜，在其表面涂上高光催化活性的TiO<,2>薄膜將會使其在自清潔玻璃等環(huán)保材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 本文在對TiO<,2>半導體光催化和親水性工作原理、存在問題及發(fā)展前景進行綜述的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了采用溶膠-凝膠法在普通鈉鈣玻璃表面進行納米TiO<,2>薄膜制備的工藝以及工藝參數(shù)與薄膜光催化性能和親水性能之間的關(guān)系。 本文針對純TiO<,2>在實際應(yīng)用中存在光吸收范圍窄(僅限于紫外區(qū))以及

3、光生載流子很容易重新復合等缺陷，從TiO<,2>摻雜改性和結(jié)構(gòu)修飾著手，用溶膠-凝膠浸漬提拉法在玻璃基體上制備了摻鐵TiO<,2>薄膜。用X射線衍射(XRD)測量了納米TiO<,2>粉體的晶型和晶粒尺寸，掃描電鏡(SEM)觀察了納米TiO<,2>薄膜的表面形貌，紫外可見光譜(UV-VIS)表征了鍍有納米TiO<,2>薄膜玻璃的透光率和吸收閥值。并用甲基橙水溶液的光催化脫色來評價TiO<,2>納米薄膜的光催化活性，利用測量紫外光照前后水滴

4、在薄膜表面接觸角的變化來評價TiO<,2>薄膜的親水性能。 本論文主要研究了離子摻雜量、鍍膜層數(shù)、不同光源及煅燒溫度四個方面對納米TiO<,2>薄膜自清潔性能的影響。摻雜了Fe<'3+>的TiO<,2>薄膜在薄膜的紫外光吸收、光催化性能以及親水性能等都較未摻雜的有明顯改善：Fe<'3+>的摻雜量不宜過大，過大會使光催化性能及親水性能都有所降低；適量的Fe<'3+>摻雜到TiO<,2>后，不僅可以提高TiO<,2>對光的吸收強度，

5、而且使吸收范圍發(fā)生紅移，可以拓展太陽光的利用范圍；熱處理溫度對TiO<,2>薄膜的性能的影響主要體現(xiàn)在TiO<,2>的結(jié)構(gòu)上：過低的溫度下TiO<,2>不能完全結(jié)晶為光催化及親水性能良好的銳鈦礦結(jié)構(gòu)，溫度過高則使玻璃發(fā)生軟化甚至變形。 研究結(jié)果表明：鐵離子摻雜濃度為0.5％(摩爾比)、鍍膜層數(shù)為4層、煅燒的時間為1.5h和退火溫度為500℃時，所制備出的薄膜致密均勻，光滑透明，無彩虹效應(yīng)且不開裂；紫外光照后，薄膜具有超親水性和較