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稀土离子掺杂TiO_2溶胶的性能及应用

作　者: 许梅
导　师: 王潮霞
学　校: 江南大学
专　业: 纺织工程
关键词: TiO2溶胶 稀土离子 自清洁性能 可见光 棉织物
分类号: O614.411
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


论文题目:稀土离子掺杂TiO2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TiO2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TiO2溶胶,考察溶胶制备因素、光致活性因素等的影响,并将改性TiO2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TiO2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TiO2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TiO2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/TiO2粉末XRD谱图中可知,Tm/TiO2粉末含有锐钛矿和金红石晶相,平均粒径分布范围分别为11.413.7nm和12.915.3nm。随着Tm掺杂量的增加,TiO2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TiO2和Tm/TiO2溶胶的紫外-可见吸收光谱可得,Tm/TiO2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/cm2照射180min时,负载溶胶织物对污物的降解率可达到94%左右。Tm/TiO2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/TiO2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。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 Ti0_2 光催化剂的研究  9-11
    1.1.1 Ti0_2 光催化剂的发展  9-10
    1.1.2 Ti0_2 光催化剂的制备技术  10
    1.1.3 Ti0_2 光催化剂的应用前景  10-11
  1.2 提高Ti0_2 光催化活性的方法  11-13
    1.2.1 贵金属沉积  11
    1.2.2 金属离子掺杂  11-12
    1.2.3 非金属元素掺杂  12
    1.2.4 复合半导体  12
    1.2.5 表面光敏化  12-13
    1.2.6 表面螯合及衍生作用  13
    1.2.7 表面还原处理  13
  1.3 稀土离子掺杂Ti0_2 的研究  13-14
    1.3.1 稀土离子的电子结构特点  13-14
    1.3.2 稀土离子对Ti0_2 光催化性能的影响  14
  1.4 纺织品自清洁技术的发展  14-15
    1.4.1 自清洁纺织品开发途径  14
    1.4.2 Ti0_2 整理织物的自清洁性能  14-15
  1.5 本课题的目的和意义  15-17
第二章 实验部分  17-21
  2.1 实验材料、药品及仪器  17-18
    2.1.1 实验材料  17
    2.1.2 实验药品  17
    2.1.3 实验仪器  17-18
  2.2 实验方法  18-19
    2.2.1 溶胶-凝胶法制备Tm/Ti0_2 溶胶  18
    2.2.2 溶胶负载纯棉织物  18
    2.2.3 光催化降解  18-19
  2.3 测试分析  19-21
    2.3.1 X-射线衍射（XRD）  19
    2.3.2 粒径及Zeta 电位  19
    2.3.3 紫外-可见光吸收光谱  19
    2.3.4 傅立叶变换红外光谱  19
    2.3.5 光催化剂的耐洗性  19
    2.3.6 扫描电镜  19
    2.3.7 断裂强力和断裂伸长率  19-20
    2.3.8 处理织物的透气性  20
    2.3.9 折皱回复角  20
    2.3.10 手感  20
    2.3.11 白度  20-21
第三章 结果与讨论  21-41
  3.1 Tm 掺杂Ti0_2 性能的研究  21-25
    3.1.1 Tm/Ti0_2 粉末的晶型结构  21-22
    3.1.2 Tm/Ti0_2 溶胶的粒径及Zeta 电位  22-23
    3.1.3 Tm/Ti0_2 溶胶的光学性能  23-25
  3.2 辣椒红色素的稳定性  25
  3.3 Tm/Ti0_2 制备工艺对污物的光催化降解性能  25-27
    3.3.1 稀土离子掺杂量  25-26
    3.3.2 溶胶陈化时间  26-27
  3.4 反应条件对污物的光催化降解性能  27-30
    3.4.1 溶胶用量  27-28
    3.4.2 焙烘温度  28-29
    3.4.3 光照强度  29
    3.4.4 光照时间  29-30
  3.5 负载Tm/Ti0_2 织物对污物降解的机理研究  30-33
    3.5.1 可见光下污物光催化降解机理  30-31
    3.5.2 可见光下污物光敏化降解机理  31-32
    3.5.3 负载Tm/Ti0_2 织物上污物的红外分析  32-33
  3.6 负载Tm/Ti0_2 织物的光催化耐久性  33-36
    3.6.1 水洗次数对溶胶光催化性能的影响  33-34
    3.6.2 处理织物的表面形态  34-35
    3.6.3 循环使用次数对溶胶光催化性能的影响  35-36
  3.7 负载Tm/Ti0_2 织物的服用性能  36-41
    3.7.1 溶胶整理织物的断裂拉伸性能  36-37
    3.7.2 溶胶整理织物的透气性能  37
    3.7.3 溶胶整理织物的折皱回复角  37
    3.7.4 溶胶整理织物的手感  37-38
    3.7.5 溶胶整理织物的白度  38-41
第四章 结论  41-42
致谢  42-43
参考文献  43-48
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  48

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 无机化学 > 金属元素及其化合物 > 第Ⅳ族金属元素及其化合物 > 钛副族（ⅣB族金属元素） > 钛Ti
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