玻璃纤维表面固载高活性均匀分散的二氧化钛颗粒光催化剂.pdfVIP

2006年全国太阳能光化学与光催化学术会议专辑 玻璃纤维表面固载高活性均匀分散的二氧化钛 颗粒光催化剂 余火根P，S．C．Lee2，余家国1，C．H．A02 (1．武汉理工大学，材料复合新技术国家重点实验室，武汉，430070； 2．香港理工大学，土木与建筑工程学院，香港，中国) 近年来，为了解决日益严重的环境污染问题，高活性二氧化钛光催化材料的 研究开发受到了世界各国政府和研究人员的广泛重视。纳米Ti02粉末光催化剂 在处理废水过程中由于具有高的比表面积而通常表现出很高的光催化活性，但由 于粉末光催化剂在使用过程中易于团聚和使用后难于从溶液中分离出来，因而粉 末光催化剂的广泛应用受到很大的限制。为了克服粉末光催化剂难于分离的缺 点，通常把Ti02纳米粒子固载于各种基体表面(如玻璃)形成薄膜光催化剂。 然而，这种薄膜光催化剂的形成明显减少了纳米粒子的比表面积，导致光催化剂 活性的降低。为了克服粉末和薄膜光催化剂在使用过程中存在的不足，本实验将 Ti02纳米粒子均匀分散地点缀在玻璃纤维表面，这样既可以保持粉末光催化剂高 比表面积，又具有薄膜光催化剂在使用后易于从溶液中分离出来的优点，可为制 备高活性Ti02光催化剂提供新的视野。该方法所获得的玻璃纤维表面固载的二 氧化钛颗粒光催化剂可克服粉末和薄膜光催化剂的缺点，同时具有比同类薄膜光 催化剂更低的失活速率和更高的光催化活性。 1．实验部分 将0．77 ml的蒸馏水中配成前驱体 g四氟化钛和1．16g硼酸分别加入到125 溶液，然后把上述两种前驱体溶液进行混合，搅拌均匀，得到澄清的处理溶液， 其中四氟化钛的浓度为0．025M，四氟化钛与硼酸的摩尔比为1：3，处理溶液的 初始pH值为2．0。将玻璃纤维浸入到上述的处理溶液中，用保鲜膜密封之后， 把处理溶液放入温度为600C的烘箱中，保温12小时后，取出玻璃纤维样品，用 蒸馏水冲洗并于600C下干燥2小时，即得玻璃纤维表面固载的二氧化钛颗粒光 催化剂。 光催化活性评价采用紫外光照氧化NO气体，光催化剂的表面积大约为330 L×21 cm2，NO的初始浓度为200ppb，反应器的大小为18．6L(20．1Hx44．2Wcm)， 以6W波长为365nrn的紫外灯为光源。 2．结果与讨论 图1玻璃纤维表面固载的二氧化钛颗粒光催化剂的SEM图象 图1为得到的玻璃纤维表面固载的二氧化钛颗粒光催化剂的扫描电镜图片。 2006年全国太阳能光化学与光催化学术会议专辑 从图中可以看出，二氧化钛颗粒均匀而分散地固载在玻璃纤维表面，颗粒的粒径 为200--400 nlTl。 更小的一次二氧化钛颗粒堆积而成的，这种一次颗粒的粒径为20-70 由于玻璃纤维表面固载的二氧化钛颗粒的数量有限，导致XRD图谱中的二 氧化钛衍射峰强度太弱，很难表征二氧化钛颗粒的晶相和晶粒大小。为了表征所 制得的玻璃纤维表面固载的二氧化钛颗粒的晶相及晶粒大小，在相同的实验制备 条件下，在未加入玻璃纤维的处理溶液中直接制备二氧化钛粉末并用于二氧化钛 颗粒的XRD分析。二氧化钛粉末的XRD图谱如图2所示，从图中可以看出， nnl。 化钛的晶粒大小为6．0 为了评价玻璃纤维表面固载的二氧化钛颗粒光催化剂的光催化活性和失活 速率，在相同的实验条件下在不锈钢基片表面制备了二氧化钛薄膜。图3显示了 玻璃纤维表面固载的二氧化钛颗粒光催化剂和二氧化钛薄膜光催化剂的光催化 活性比较。从图中可以看出，虽然二氧化钛薄膜光催化剂在紫外光光照的初期显 示更高的光催化活性，但随着光照时间的延长，一氧化氮的浓度很快地增加，在 光照70分钟后，二氧化钛薄膜的光催化活性明显低于玻璃纤维表面固载的二氧 化钛颗粒的光催化活性。一氧化氮浓度随着光照时间的延长而增加，表明了一氧 化氮光催化氧化速率的下降，