光催化涂料的制备及性能研究

论文摘要

世界卫生组织（WHO）公布的《世界卫生报告》中明确将甲醛列为人类健康的主要威胁之一,有致癌的危险,它的去除对于人类的身体健康至关重要,已成为人们十分关心的问题之一。TiO2光催化技术因其具有较强的降解能力、反应条件温和、能耗低等优点,倍受人们的青睐,但由于TiO2自身对可见光利用率不高及在溶剂中易发生团聚等问题限制其应用,本文通过金属离子掺杂对TiO2改性,并研究其在水分散介质中的分散性能,将其与涂料复合,以气相甲醛作为目标降解物,将其应用于低浓度甲醛气体的治理。本论文采用浸渍法、溶胶-凝胶法制备金属离子掺杂的纳米TiO2,通过降解甲醛考察其光催化活性,利用XRD、UV-Vis、红外、SEM分析手段对TiO2表征;考察改性TiO2在水中的分散情况,优化考察分散剂的选择和用量、pH值、分散方法等因素对改性TiO2水分散体稳定性的影响;将改性TiO2水分散体与涂料复合,考察改性TiO2的添加量、光源、涂膜厚度等因素对光催化降解甲醛的影响,实验结果表明:1.Fe3+、La3+、Cu2+、Ce4+的掺杂均能使Ti02的光催化性能得到提高。使用浸渍法在20℃,浸渍时间2h,浸渍体系pH值为6,500℃焙烧2h时,Cu2+掺杂量为2.1wt%的TiO2催化剂对甲醛降解率为81%。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和紫外-可见光（UV-Vis）吸收光谱等对Ti02光催化剂进行了结构和性能表征。SEM分析发现,样品颗粒主要为球形粒子,在外观形貌上没有明显差异;XRD分析表明,实验制得的M/TiO2（M=Fe3+、La3+、Cu2+、Ce4+）均以锐钛矿相存在,粒径由41.081nm减小到21.88nm,元素掺杂对TiO2结构影响较小;UV-Vis吸收谱显示,金属元素的掺杂使Ti02的对可见光区的响应明显增强。2.在100mL1wt%的纳米Cu/TiO2水分散体系中,加入1.2mL分散剂OP-10,调节体系pH值为8,研磨搅拌50min,超声功率为100W,超声时间为40min,可得到分散性能最佳的改性TiO2水分散体。3.对光催化涂料的不同制备工艺进行研究,结果表明先将改性纳米TiO2水溶液充分分散后添加到涂料中得到的光催化涂料具有较好的光催化活性,Cu/TiO2在涂料中的添加量为2.5wt%时,涂料对甲醛的降解率达到80.5%;光催化涂料具有一定的可重复利用性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 光催化涂料开发应用现状
• 1.2 甲醛的来源、危害及治理
• 1.2.1 甲醛的来源
• 1.2.2 甲醛的危害
• 1.2.3 甲醛的治理
• 2光催化甲醛的原理'>1.3 TiO₂光催化甲醛的原理
• 2光催化改性技术'>1.4 TiO₂光催化改性技术
• 1.4.1 贵金属沉积
• 1.4.2 离子掺杂
• 1.4.3 表面光敏化
• 1.4.4 复合半导体
• 1.5 掺杂改性制备方法
• 1.6 论文选题意义及主要研究内容
• 2催化剂制备条件的确定及表征'>第二章 改性TiO₂催化剂制备条件的确定及表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 试剂与仪器
• 2.1.2 催化剂的制备
• 2.1.3 催化剂的表征
• 2.1.4 催化剂活性评价
• 2.1.5 甲醛的测定分析
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 制备方法对光催化活性的影响
• 2.2.2 浸渍体系pH对光催化活性的影响
• 2.2.3 浸渍温度和时间对光催化活性的影响
• 2.2.4 焙烧时间和焙烧温度对光催化活性的影响
• 2光催化活性的影响'>2.2.5 掺杂离子对TiO₂光催化活性的影响
• 2.2.6 掺杂量对光催化活性的影响
• 2.2.7 光源对光催化活性的影响
• 2.3 催化剂的表征
• 2（M=Fe、La、Ce、Cu）的X射线衍射分析'>2.3.1 M/TiO₂（M=Fe、La、Ce、Cu）的X射线衍射分析
• 2.3.2 紫外-可见光吸收光谱图分析
• 2.3.3 FT-IR谱图分析
• 2.3.4 扫描电镜（SEM）结果分析
• 2.4 本章小结
• 2水分散体系的稳定性及影响因素'>第三章 Cu/TiO₂水分散体系的稳定性及影响因素
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 试剂与仪器
• 2水分散体的制备'>3.1.2 Cu/TiO₂水分散体的制备
• 2分散体系稳定性评价'>3.1.3 Cu/TiO₂分散体系稳定性评价
• 3.2 结果与讨论
• 2水分散体稳定性的影响'>3.2.1 不同分散剂对Cu/TiO₂水分散体稳定性的影响
• 2水分散体稳定性的影响'>3.2.2 分散剂用量对Cu/TiO₂水分散体稳定性的影响
• 2水分散体稳定性的影响'>3.2.3 pH对Cu/TiO₂水分散体稳定性的影响
• 2水分散体稳定性的影响'>3.2.4 分散方法对Cu/TiO₂水分散体稳定性的影响
• 2水分散体稳定性的影响'>3.2.5 研磨时间对Cu/TiO₂水分散体稳定性的影响
• 2水分散体稳定性的影响'>3.2.6 超声时间对Cu/TiO₂水分散体稳定性的影响
• 2水分散体稳定性的影响'>3.2.7 超声功率对Cu/TiO₂水分散体稳定性的影响
• 3.2.8 最佳工艺的确定
• 3.3 本章小结
• 2涂料的制备及降解甲醛的研究'>第四章 Cu掺杂纳米TiO₂涂料的制备及降解甲醛的研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 试剂与仪器
• 4.1.2 光催化涂料的制备
• 4.1.3 光催化涂料降解甲醛
• 4.1.4 光催化涂料的活性数据处理
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 实验气密性测定
• 4.2.2 光催化涂料的制备工艺对甲醛降解率的影响
• 4.2.3 光催化剂添加量对甲醛降解率的影响
• 4.2.4 甲醛初始浓度对降解率的影响
• 4.2.5 光源对甲醛降解率的影响
• 4.2.6 涂覆层数对光催化性能的影响
• 4.2.7 光催化涂料的重复使用性
• 4.2.8 涂膜性能检测
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要