自洁净光催化薄膜的制备方法_2

文档序号:9534586阅读:来源:国知局
水冲洗,再放入去离子水或蒸懼水中超声清洗20min,接着放入无水乙醇中超声清洗20min,最后用吹风机吹干。
[0027]下述实施例中,薄膜的光催化活性检测方法为:将实施例制备的薄膜样品放入密封不漏气的不锈钢圆柱体反应器中,反应器的上底面是透明的石英窗,可以透过可见光以及紫外光,光源由500W的氙灯提供,氙灯与石英窗的距离保持为16cm,反应器的容积为415mL,注入0.9uL丙酮,用气相色谱仪检测反应器中C02以及丙酮的浓度变化;以苯为检测对象时,苯在反应器中的注入量为0.4uL;以甲苯为降解对象时,甲苯在反应器中的注入量为 0.5uL。
[0028]实施例1
[0029]一种多孔纳米Ti02自洁净光催化薄膜的制备方法,包括如下步骤:
[0030](1)钛溶胶的制备:将钛酸丁酯、二乙醇胺溶于无水乙醇形成溶液A,将去离子水溶于无水乙醇形成溶液B,然后将溶液B逐滴加入溶液A中,滴加的过程中施加强烈搅拌,滴加的时间为2h,滴完后搅拌3h形成溶胶。其中钛酸丁酯:无水乙醇:二乙醇胺:去离子水=1:77:1:2(摩尔比),溶液A中无水乙醇的用量占总量的66.7%,溶液B中无水乙醇的用量占总量的33.3% ;
[0031](2)薄膜的负载与煅烧:将溶胶陈化7天后,采用浸溃提拉镀膜的方法负载在钠钙石圭玻璃(8cmX8.5cmX 1mm)上,提拉速度为14.0mm/s,锻膜后放入70°C烘箱干燥5min,自然冷却后,用相同的提拉速度再镀膜一次,然后在空气中干燥5min,接着放入马弗炉中,以5°C /min的升温速率升温至450°C煅烧lh,最后随炉冷却至室温;
[0032](3)薄膜的后处理:将步骤(2)所得的薄膜放入去离子水中超声清洗20min,然后用吹风机吹干,即得到多孔纳米Ti02自洁净光催化薄膜,简称为Ti02薄膜。
[0033]经观察发现,本实施例制备的Ti02薄膜存在大量的肉眼可见的裂纹。
[0034]从图1中可知,实施例1制备的Ti02薄膜具有锐钛矿晶相,锐钛矿Ti02的标准衍射卡片号为21-1272,但是其衍射峰很弱,说明该Ti02薄膜结晶度很低。
[0035]实施例制备的薄膜样品在光催化活性检测中,以丙酮为降解对象,测得丙酮的初始浓度为1197.07mg/m3,丙酮在60min后完全降解,测得C02的浓度增量为1825.01mg/m3,说明实施例1制备的Ti02薄膜能将丙酮矿化为C02,计算得到丙酮的矿化率为66.99%。
[0036]实施例2
[0037]—种多孔纳米Ti02自洁净光催化薄膜的制备方法,包括如下步骤:
[0038](1)钛溶胶的制备:将钛酸丁酯、二乙醇胺和聚乙烯吡咯烷酮K29-32 (PVP K29-32,平均分子量为58000)溶于无水乙醇形成溶液A,将去离子水溶于无水乙醇形成溶液B,然后将溶液B逐滴加入溶液A中,滴加的过程中施加强烈搅拌,滴加的时间为2h,滴完后搅拌3h形成溶胶。其中钛酸丁酯:无水乙醇:二乙醇胺:去离子水=1:77:1:2(摩尔比),溶液A中无水乙醇的用量占总量的66.7%,溶液B中无水乙醇的用量占总量的33.3%, PVP在溶胶中的质量分数为3% ;
[0039](2)薄膜的负载与煅烧:将溶胶陈化7天后,采用浸溃提拉镀膜的方法负载在钠钙石圭玻璃(8cmX8.5cmX 1mm)上,提拉速度为17.2mm/s,锻膜后静置在空气中干燥5min,然后放入马弗炉中,以5°C /min的升温速率升温至450°C煅烧lh,最后随炉冷却至室温;
[0040](3)薄膜的后处理:将步骤(2)所得的薄膜放入去离子水中超声清洗20min,然后用吹风机吹干,即得到多孔纳米Ti02自洁净光催化薄膜,简称为Ti02薄膜。
[0041]经观察发现,本实施例制备的Ti02薄膜不存在裂纹。
[0042]从附图1中可知,实施例2制备的Ti02薄膜具有锐钛矿晶相,薄膜的衍射峰很强,说明其具有很高的结晶度。
[0043]实施例制备的薄膜样品在光催化活性检测中,以丙酮为降解对象,测得丙酮的初始浓度为1186.85mg/m3,丙酮在40min后完全降解,测得C02的浓度增量为2199.30mg/m3,计算得到丙酮的矿化率为81.42%;对比实施例1可知,实施例2制备的Ti02薄膜具有更强的光催化活性,其原因可能主要在于PVP的加入能够提高Ti02薄膜的结晶度。
[0044]实施例3
[0045]与实施例2的不同之处在于:步骤(1)中钛酸丁酯:二乙醇胺:去离子水=1:1:4(摩尔比),PVP在溶胶中的质量分数为6% ;步骤(2)中提拉速度为12mm/s,煅烧温度为550。。。
[0046]实施例制备的薄膜样品在光催化活性检测中,用500W的氙灯作为光源,氙灯与反应器的距离保持为16cm,注入0.9uL丙酮,测得丙酮初始浓度为1148.28mg/m3,用气相色谱仪检测反应器中C02和丙酮的浓度变化;重复此步骤20次,测试样品的光催化稳定性,测试结果见附图2。以氙灯为光源时,开始15min后丙酮完全降解,测得C02的浓度增量为2568.93mg/m3,计算得到丙酮的矿化率为98.44%。从附图2可以看出实施例3制备的Ti02薄膜经过20次循环测试后仍保持93.45 %的丙酮矿化率,计算得到20次循环的平均矿化率为95.99%,表明所制备的Ti02薄膜具有优异的光催化稳定性。
[0047]另外,将薄膜样品放入反应器中,用太阳光作为光源降解0.9uL丙酮和0.4uL苯,丙酮和苯的初始浓度分别为1230.02mg/m3和514.57mg/m3,用气相色谱仪检测反应器中C02、丙酮和苯的浓度变化。此实验是在2013年7月29、30日进行,用紫外辐照计测得降解丙酮和苯的时段紫外线平均强度为3.69mff/cm2和3.89mff/cm2 ;测试结果见附图3。
[0048]从附图3(b)中可以看出,以太阳光为光源时,70min后丙酮完全降解,并且从图3(a)中可以看出C02的浓度增量为2377.66mg/m3 ;此外,以太阳光为光源时,经过2h后苯完全降解,测得的C02的浓度增量为1369.06mg/m3。计算得到丙酮和苯的矿化率分别为83.19%和78.28%,这表明实施例3制备的Ti02薄膜在太阳光的照射下具有优异的光催化活性。
[0049]从附图4中可知:实施例3制备的Ti02薄膜为疏松多孔状,孔洞为无规则的介孔,
且薄膜没有裂纹。
[0050]从附图5中可知:实施例3制备的Ti02薄膜具有高的可见光透过率,计算得到在400?800nm平均透过率为80.55 %。
[0051]实施例4
[0052]与实施例3的不同之处在于:采用硼娃酸盐玻璃(8cmX8.5cmX2mm)为基片;无需进行步骤(3)薄膜的后处理;
[0053]实施例制备的薄膜样品在光催化活性检测中,以丙酮为降解对象,测得丙酮的初始浓度为1447.06mg/m3,丙酮在20min后完全降解,测得C02的浓度增量为2737.44mg/m3,计算得到丙酮的矿化率为83.24%。对比实施例3可知,实施例4制备的Ti02薄膜光的催化活性略低于实施例3制备的Ti02薄膜,其原因可能是因为虽然硼硅酸盐中钠离子含量比较少,但是它含硼元素比较多,煅烧过程中过多的硼热扩散进入薄膜中,对其光催化活性可能有一些负面影响。
[0054]实施例5
[0055]与实施例3的不同之处在于:步骤⑴中采用浓盐酸(38wt% )作为溶胶稳定剂,并且钛酸丁酯:盐酸:去离子水=1:0.12:4(摩尔比)。
[0056]实施例制备的薄膜样品在光催化活性检测中,以丙酮为降解对象,测得丙酮的初始浓度为1232.97mg/m3,丙酮在40min后完全降解,测得C02的浓度增量为2263.59mg/m3,计算得到丙酮的矿化率为80.78%。对比实施例3可知,实施例5制备的Ti02薄膜比实施例3制备的Ti02薄膜光催化活性低。
[0057]实施例6
[0058]与实
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