高催化活性TiO2修飾MPOF的制備及應用技術探索.pdf

1、TiO2作為一種重要的寬禁帶半導體氧化物,在環(huán)境凈化、太陽能電池及殺菌消毒等方面具有重要的應用前景。TiO2光催化劑負載在聚合物基體(如PMMA)上,不僅克服了懸浮式TiO2光催化劑存在的缺點,而且能夠防止聚合物紫外降解老化,實現表面殺菌及自潔凈等功能。
　　 由于聚合物屬于熱敏感材料,為了實現在聚合物基體(PMMA)上低溫沉積制備納米晶TiO2薄膜,制備出分散性和穩(wěn)定性良好的TiO2納米粒子水溶膠是關鍵。本文在過量水體系中充分

2、水解鈦酸丁酯(TBOT)制備出TiO2前驅體溶液,然后用微波水熱法對前驅體進行結晶處理,利用XRD、TEM等手段考察了不同的AcAcH/[Ti4+]物質的量比、pH值、微波水熱時間和微波水熱溫度等對TiO2晶體結構及水溶膠分散性及穩(wěn)定性的研究。利用提拉鍍膜工藝,用制備的TiO2水溶膠在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基板上沉積制備了TiO2納米晶薄膜,并用UV-vis光譜、SEM、AFM及光催化反應儀紫外光降解羅丹明B水溶液等研究了上述不同

3、的工藝參數對薄膜的光學性能、表面粗糙度及光催化性能的影響。最后利用分散性好的TiO2水溶膠修飾了微結構聚合物光纖(MPOF)孔道內壁,初步考察了TiO2-MPOF的光催化性能。
　　 實驗表明在過量水體系中,低pH值和高AcAcH/[Ti4+]物質的量比有利于制備出單分散的單一銳鈦礦相TiO2水溶膠,制備的TiO2納米粒子的粒徑在8～10nm之間,并且分布窄。分散性好的經乙酰丙酮修飾的TiO2水溶膠沉積制備的薄膜致密均勻,能與基

4、體良好的結合,不易脫落,雖然光催化活性有一定程度降低,但薄膜的重復利用性較好。微波水熱溫度從100℃升高到160℃,TiO2納米粒子的結晶性能變好,薄膜的禁帶寬度從3.35eV減小到3.33eV,與塊狀TiO2的禁帶寬度相比,發(fā)生了“藍移”,用160℃制備的TiO2水溶膠沉積的薄膜具有最好的光催化效率。在較短的時間內能夠實現TiO2晶粒的發(fā)育和生長,延長微波水熱的時間,沉積的TiO2薄膜的光催化效率也隨之提高,但是15min后,TiO2

5、納米粒子的粒徑不再長大,穩(wěn)定在9nm左右,因此微波水熱條件下,TiO2晶粒的生長符合Ostwald晶體生長模型,由于45min和60min合成的TiO2納米粒子粒徑及結晶性能不再變化,因此沉積制備的薄膜的光催化效率相同。比較了不同循環(huán)鍍膜沉積次數的TiO2薄膜的光催化性能,沉積數為5次的TiO2薄膜具有最高的光催化效率,經過5次180min光催化循環(huán)實驗,沉積數為5次的TiO2薄膜羅丹明B的降解率穩(wěn)定在90%。
　　 根據SEM