负载TiO2复合催化剂的光催化织物消除室内甲醛的研究

来源 :浙江理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aska1982st
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环境污染导致水和空气质量的恶化,暴露在被污染的室内空气中可能导致病态的建筑物综合症,如头痛和疲劳。甲醛是最常见挥发性有机化合物(VOCs),是室内健康头号杀手,对人体危害极大。不仅如此,在室内潮湿的地方,容易滋生细菌,引发微生物污染,引起机体感染。空气质量的恶化,是导致呼吸系统疾病的主要原因,空气质量的好坏与人的健康息息相关。光催化技术为污染控制提供了巨大的潜力,由于半导体光催化材料能够利用廉价的光能直接降解污染物,且操作简单、条件温和、能耗低,因此被认为是处理环境污染的绝佳材料。二氧化钛(Ti02)因其成本低、稳定性好、光催化活性高而成为最有吸引力的半导体材料之一。由于它固有的缺陷,如因宽带隙(3.20eV)只能被紫外光激发(太阳光中的含量为3-5%);光生电子-空穴容易快速复合等,Ti02的应用受到很大限制。因此,为提高Ti02的可见光利用率,通过有效的电荷分离来提高光催化效率,对其进行改性。本文通过染料敏化与半导体复合的方法对纳米Ti02进行改性,将白色二氧化钛与三氧化二铁(Fe203)、全氯酞菁铜(CuPcCl16)和酞菁铜(CuPc)复合,制备了三种不同复合光催化剂Fe203/Ti02、CuPcCl16/Ti02和CuPc/Ti02。再通过浸轧技术和热处理,成功将三种粉末复合催化剂负载于低熔点皮芯聚酯纤维(LMPET)表面,分别得到Fe203/Ti02@LMPET、CuPcCl16/Ti02@LMPET、CuPc/Ti02@LMPET 三种催化织物。同时弥补了粉末催化剂在水中难于固定、空气中易飞散,难于回收再利用,甚至易造成二次污染等缺点,扩大了其在环境污染处理中的应用。通过TEM、SEM、FTIR等表征,表明Fe203、CuPcCl16和和CuPc成功与Ti02结合,且得到的粉末催化剂均匀分布于LMPET纤维表面。紫外可见光谱可知,Ti02中加入Fe203、CuPc和CuPcCl16,使吸收带边缘红移,在可见光范围内出现了强吸收,提高了太阳光利用效率。根据性能测试,所制备的催化织物对水和空气中的污染物甲醛(HCHO)光催化降解性能显著。此外,对织物的抗菌活性研究表明,在LED灯照射下,织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果能达到90%。根据循环实验可知,它们可以回收再利用,且反应速率基本稳定。织物光催化活性的提高归因于拓宽了光吸收区和抑制了电子-空穴对的复合。在光催化过程中,光电流响应的增加表明电荷分离效率增加。此外,通过电子顺磁共振技术得到证实,·OH是主要氧化活性物种,将甲醛氧化成水和二氧化碳。本论文研究的光催化织物具有使用条件温和、成本低、适合大规模生产等优点,在室内环境控制领域具有广阔的应用前景。
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