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稀土离子掺杂TiO_2溶胶的性能及应用

许梅

  论文题目:稀土离子掺杂TiO_2溶胶的性能及应用 硕士研究生姓名:许梅 导师姓名:王潮霞 专业名称:纺织工程 TiO_2具有优良光催化活性,其降解污物具有速度快、无选择性、深度氧化完全、能充分利用可再生太阳能和空气中的氧分子等优点,且操作条件容易控制,在空气净化、卫生保健、废水处理等环境治理方面具有广泛应用,在自清洁制品方面,如陶瓷、玻璃、灯具和纺织品方面已有所研究及应用。本文合成具有光催化活性掺杂稀土金属的TiO_2溶胶,考察溶胶制备因素、光致活性因素等的影响,并将改性TiO_2应用于可见光下织物中有机污物的降解。 本文采用溶胶凝胶法制备了稀土离子Tm掺杂TiO_2溶胶并整理到棉织物上,通过XRD、UV-Vis和SEM等检测手段对制备的Tm掺杂TiO_2晶型、晶粒、可见光响应范围以及在棉纤维上的分布进行表征,讨论了溶胶的制备工艺和光催化工艺对织物的光催化自清洁性能、耐久性、断裂拉伸性能、透气率、手感以及白度的影响,详细分析了稀土离子掺杂TiO_2的机理,并对有机污物降解的影响机制进行了初步探讨。从溶胶凝胶法制备Tm/TiO_2粉末XRD谱图中可知,Tm/TiO_2粉末含有锐钛矿和金红石晶相,平均粒径分布范围分别为11.4~13.7nm和12.9~15.3nm。随着Tm掺杂量的增加,TiO_2溶胶粒径下降,最低可降至35.7nm;溶胶体系的Zeta电位升高,可高达27.0mV。 从纯TiO_2和Tm/TiO_2溶胶的紫外-可见吸收光谱可得,Tm/TiO_2的光吸收拓展到可见光区域并且有0.13eV吸收带边的红移,随着Tm掺杂量的增加,带隙红移程度增加。 在Tm掺杂量为2 mol%、陈化5天和溶胶用量为0.5g/L的条件下,光照强度为21.0mW/cm~2照射180min时,负载溶胶织物对污物的降解率可达到94%左右。Tm/TiO_2光催化效率的提高归因于对可见光的响应以及Tm的特殊的4f12电子组态,形成一系列能级,降低帯隙能,辣椒红色素的降解是光催化和光敏化的共同作用引起的??FT-IR光谱分析可知,辣椒红素的降解途径是一个脱甲基的过程,碳链和含碳氧化物在光催化剂氧化降解辣椒红素和辣椒玉红素过程中,破坏了分子中的长碳链和羰基。整理后棉织物水洗20次后对污物的降解率为80%,这表明其自清洁性能具有良好的耐洗性。经溶胶处理的棉织物的折皱回复性有所提高;断裂强力、透气性、手感和白度都有一定程度的下降,但幅度不大。因此负载Tm/TiO_2溶胶棉织物在可见光下具有对辣椒红色素的光催化自清洁功能。……   
[关键词]:TiO_2溶胶;稀土离子;自清洁性能;可见光;棉织物
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:江南大学2010年
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