溶胶液浓度和镀膜层数对TiO2薄膜光催化活性的影响.pdf

中国化学会第六届应用化学学术会议论文集 1999.10.常州 溶胶液浓度和镀膜层数对Ti02薄膜光催化活性的影响 张兆敏 李斌 周瑞红 银德霞 买光听 (山东教育学院化学系 250013) 44t= 摘 要 本文用sol-gel法制备了不同浓度、不同层数的锐钦矿纳米TA薄膜。利用薄膜对亚甲兰溶液的光催化 降解作用，研究了溶胶液浓度、镀膜层数及两者间的相互关系对薄膜光催化性能的影响。发现并非浓度越大、镇膜 层数越多、膜的光催化性能越好。不同浓度的溶胶液均有各自催化性能最佳的膜层数.超过该层数后腆的催化性 能降低。浓度大的膜在层数较少时催化性能好，浓度小的膜随层数增加，光催化性能增加的幅度大。 关触词 Tio,薄膜 光催化 亚甲兰 降解 so!一州法 在光催化消除环境污染中，纳米Ti姚，优异的光催化性能己得到公认，并己在污水和空气净化中得到了 应用。特别是利用sol-gel技术制备薄膜型光催化剂，由于其具有工艺设备简单、成本低廉、化学组成和微 粒粒径易控制等优点，己引起了越来越多的关注。己经发现TiQZ的晶型、掺杂金属离子、催化剂载体、担载 贵金属、表面衍生化、表面9基基团密度及不同气氛处理等都对光催化性能有影响’「〕但是对薄膜制备过程 中Ti((踢琦)4溶胶液的浓度和镀膜层数以及二者间的相互关系对膜光催化活性的影响还罕见报道。本文 采用sol一gel法制备了锐钦矿纳米Tio2/glass薄膜，用XRD,SEM和TEM手段对其进行了表征;用紫外光 催化降解亚甲兰溶液作为模型反应，通过紫外一可见分光光度计测定吸光度，用亚甲兰溶液的降解率表征 Tiq薄膜的光催化活性，研究了溶胶液浓度、镀膜层数对薄膜光催化活性的影响以及与膜结构的关系。 1实验部分 1.1不同浓度、不同层数TiOZ/glass膜的制备与表征 以钦酸四丁醋、无水乙醇、盐酸、乙酞丙酮为原料，按一定比例(如:5:95:0.15:0.5等)配制钦酸四丁酷体 积分数为5%,10%,15%,20%的透明溶胶液。以玻璃片为衬底材料，采用浸溃一提拉法镀膜，提拉速度为 llcm/cnin，室温下空气中放置10-15分钟，于100℃热处理30分钟使其转变为凝胶膜，此过程可按需要重复 多次。然后在高温电阻炉内升温至5001C，恒温1小时，自然冷却，制得Ti02/glass膜。用XRD分析薄膜的 物相结构，用SEM和T，EM观察薄膜表面形貌和膜微粒粒径。 1.2光催化性能试验 在直径为loan的玻璃培养皿中加人浓度为1.3x10一5mol/L的亚甲兰溶液50m1，水平放入一片36cm2 的TiOz/glass薄膜，紫外灯照射，灯与薄膜距离为19.5cm，电磁搅拌，定时取样进行分析。为增强比较的可 靠性，将一组待测样品同时进行光照，同时取样分析，并定时补充因光照而蒸发的水分，使溶液体积保持 50m1, 所取样品用WFZ-900D4型紫外一可见分光光度计进行波长扫描，以最大吸收波长的吸光度值随光照 时间的变化计算亚甲兰溶液的降解率来表征薄膜的光催化活性。 2 结果与讨论 2.1测试浓度的选挥与光降解反应级数的确定 据文献121报导，亚甲兰在水溶液中会发生二聚反应，实验表明，高浓度亚甲兰的吸收光谱分别在665nm 和610nm处存在两个吸收峰，随浓度的降低，610nm处的吸收峰逐渐消失，所以一股认为665nm处为单体的 中国化学会第六届应用化学学术会议论文集 1999.10.常州 特征吸收峰，610nm处为二聚体的特征吸收峰(31。本文在小于1.3X10-5mol/L的低浓度区测定其吸光度. 6l0ntn处吸收峰基本消失，特征吸收峰在660士4nm处，且在光降解反应过程中a-无峰移现象，表明亚甲兰 以单体存在。 在小于1.3x10-Smol/L的低浓度区配制一定间隔浓度的亚甲兰溶液，测定其吸光度，作出人以况处的C- A标准曲线。根据标准曲线和亚甲兰溶液光催化降解一定时间时凡他万处的A值，求得相应的浓度C值。以 1nC对时间t作图为一直线(图1)，说明亚甲兰的降解反应为一级反应。由朗伯一比尔定律:A=ebc,溶液中 剩余