納米TiO2負載纖維織物對室內(nèi)氨污染的光催化凈化研究.pdf

1、近年來，多種化學外加劑已經(jīng)廣泛應用于民用建筑的施工中，其中尿素類混凝土防凍劑就是一種重要的化學外加劑，主要用于混凝土植被中，具有降低水的冰點和提高混凝土凝固速度的作用。但是在建筑完工后這種外加劑則殘存于混凝土墻體中，在堿性和溫暖環(huán)境中會發(fā)生持續(xù)的分解而釋放氨氣，已經(jīng)導致了嚴重的室內(nèi)氨污染，危害居住者的身體健康。為了控制室內(nèi)氨污染，本論文將紡織化學與納米TiO2光催化技術相結合，首先通過超聲波方法制備了納米TiO2水分散液，研究了聚乙二醇

2、的分子量和加入量以及分散體系pH等因素與納米TiO2水分散液穩(wěn)定性的關系。然后利用紡織工業(yè)中常用的浸軋工藝或涂層工藝將納米TiO2光催化劑負載于纖維織物如棉、滌綸、麻以及滌/棉混紡織物的表面，制備了納米TiO2負載纖維織物。并且利用X射線衍射儀(XRD)和掃描電鏡(SEM)和傅立葉紅外光譜(FT-IR)等對其進行了表征。自行設計并制作了模擬室內(nèi)氨氣釋放的小型環(huán)境艙和光催化反應器系統(tǒng)，并以此重點考察了纖維性能、納米TiO2水分散液、添加劑

3、、焙烘溫度以及染色織物等制備工藝因素和反應器中輻射光、氨氣初始濃度、相對濕度和進氣速率等環(huán)境因素對納米TiO2負載纖維織物的氨光催化凈化性能的影響。此外，還通過光還原技術制備了TiO2-Ag復合光催化劑，并將其負載于纖維材料表面以提高納米TiO2負載纖維織物特別是滌綸織物對氨的光催化凈化性能。同時，選擇活性翠藍KNG和陽離子紅2GL作為敏化染料，利用吸附方法對TiO2光催化劑進行敏化改性，以提高其負載織物在可見光輻射條件下對氨的光催化凈

4、化性能。在此基礎之上還比較了浸軋法和涂層法制備納米TiO2負載纖維織物的氨光催化凈化性能。最后在納米TiO2負載纖維織物存在下，對氨的非均相光催化氧化反應進行了動力學分析，獲得了相關動力學參數(shù)。采用離子色譜技術對納米TiO2負載纖維織物對氨的光催化降解反應機理進行了初步分析，基本確定了反應的主要降解產(chǎn)物。并考察了納米TiO2對負載纖維織物的斷裂強度、白度以及顏色特征的影響，討論了所制備的納米TiO2負載纖維織物的抗氧化性能。
　　

5、 實驗結果表明，在納米TiO2水分散液的制備過程中，聚乙二醇分子量的增大能夠促進納米水分散液穩(wěn)定性的提高，增加聚乙二醇的用量對于水分散液的穩(wěn)定性并沒有十分有利的影響，而體系的pH值則對水分散液的穩(wěn)定性具有顯著的影響。使用納米TiO2水分散液，通過浸軋法能夠?qū)⒓{米TiO2光催化劑負載于棉、滌綸以及亞麻織物的表面，納米TiO2催化劑在三種纖維織物表面的負載狀態(tài)有所不同。并且所制備納米TiO2負載纖維織物在波長為365nm紫外光照射下對反應

6、器連續(xù)釋放的氨氣具有優(yōu)良的光催化凈化作用。
　　 在相同的負載條件下，TiO2負載純棉織物的氨氣凈化性能遠高于負載滌綸織物和滌/棉混紡織物。適當增加浸軋液中納米TiO2分散液加入量可以提高TiO2負載棉織物的氨去除效率。此外焙烘溫度的升高不能夠引起納米TiO2負載棉織物的氨氣去除率的明顯改善。在浸軋液中加入添加劑能夠使TiO2負載棉織物具有耐久的氨凈化性能。但是這些添加劑會在一定程度上引起納米TiO2光催化氧化性能的降低。染色棉

7、織物作為負載材料對TiO2負載纖維織物的氨去除性影響不甚顯著。在紫外光輻射下，納米TiO2負載棉織物的氨凈化性能表現(xiàn)出較高的水平，并且輻射光強度的增加會促進氨去除率的提高；而在可見光輻射下，其氨凈化性能大為降低。對于氨氣的光催化氧化反應，反應器中氨氣初始濃度的增加導致了納米TiO2負載棉織物對氨氣凈化效果的明顯降低。適當?shù)靥岣呦鄬穸葎t有利于納米TiO2負載棉織物對氨氣凈化作用。此外進氣速率的增加也不利于納米TiO2負載棉織物對氨氣凈化

8、作用。
　　 TiO2-Ag復合光催化劑能夠明顯改善負載織物尤其是滌綸織物和滌/棉混紡織物對氨氣凈化性能。在可見光輻射條件下，染料敏化納米TiO2負載織物能夠?qū)崿F(xiàn)對氨氣的光催化凈化，而且與納米TiO2負載棉織物相比，其最終氨氣去除率得到一定的提高。同時可見光強度的提高可以促進染料敏化納米TiO2負載織物對氨氣凈化性能的改善。通過涂層法能夠制備納米TiO2負載纖維織物，盡管在TiO2水分散液加入量相近的條件下，涂層法制備納米TiO

9、2負載織物的氨氣去除率稍低于浸軋法制備的納米TiO2負載織物，但是涂層法制備的TiO2負載棉織物卻具有更耐久的凈化氨氣性能。納米TiO2負載織物對氨氣的氣固相光催化氧化反應過程都以采用Langmuir-Hinshelwood動力學方程進行描述，并且通過數(shù)學模擬方法能夠計算反應速率常數(shù)和表觀吸附平衡常數(shù)。離子色譜證明在凈化反應后納米TiO2負載棉織物解吸液中未發(fā)現(xiàn)有硝酸根離子的存在，可以認為納米TiO2負載棉織物對氨氣光催化氧化降解反應的