光诱导原位聚合制备多孔TiO<,2>薄膜及其光催化性能研究

来源 :中国科学院过程工程研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuj_csip
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TiO2具有优良的化学稳定性和生物相容性,其催化活性高、光氧化性能好、价格低廉,被认为是最具应用潜力的半导体光催化材料,但目前应用中TiO2颗粒易团聚、难回收。多孔TiO2薄膜既克服了TiO2颗粒分离回收难的问题,同时多孔结构利于反应物的吸附、扩散,可有效提高催化剂活性,因此研究制备高催化活性多孔TiO2薄膜具有重要的应用价值和理论意义。   本文在TiO2前驱体溶胶中引入光敏有机单体和高分子,提拉制膜后利用紫外光(UV)辐照,原位诱发膜层中单体的聚合及单体和高分子的接枝反应,再经热处理得到网状多孔TiO2薄膜。薄膜为TiO2锐钛矿相,膜厚约1.3μm,其形貌是三维网状骨架构成的多孔结构,孔道尺寸在200 nm-1.5μm之间,网状骨架是由25 nm左右的TiO2纳米粒子组成,骨架直径约150 nm。   系统地考察了前驱体溶胶的配比、提拉制膜的条件以及薄膜的后续热处理条件等对多孔TiO2薄膜形貌的影响。提出了光诱导聚合制备网状多孔TiO2薄膜的机理,认为UV辐照诱导有机单体(POGTA)和高分子(PVP)的接枝反应与混合溶剂(EtOH-DMF)的缓慢挥发共同作用,可能是TiO2薄膜网状多孔结构形成的动力和原因。   经研究发现,前驱体溶胶配比直接影响着TiO2薄膜的微观结构,进而影响薄膜的光催化性能。通过正交实验,调节前驱体溶胶配比,制备了具有各种微结构的TiO2薄膜,并研究了薄膜的光催化性能。经优化制备条件得到了光催化性能最佳的网状多孔TiO2薄膜,其光催化降解亚甲基蓝(MB)的一级反应速率常数为-0.00744 min-1,220 min时MB的降解率达到了82.46%。
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