论文部分内容阅读
进入21世纪以来,现代城市建筑墙体灰尘沾污等问题逐渐突出。随着环保意识的普遍增强,人们采用人工清洗等多种方式应对上述问题。但这些方法存在工作量大、成本高等问题。相比之下,具有自清洁功能建筑墙体材料脱颖而出。自清洁的核心在于超疏水性和光催化性。超疏水性是指材料表面与水接触角大于150°,滚动角小于10°,优异的憎水性使其在自清洁、流体减阻、油水分离等领域中有着重要的应用前景。光催化性是指材料在特定光源照射下能将有机物分解,典型如TiO2,但其存在光谱吸收范围窄、电子-空穴对分离效率低等问题,限制了其进一步应用。本文通过溶胶凝胶法制备出TiO2-SiO2(下文简称TS),并分别与PDMS、甲苯按比例混合,采用浸渍提拉法涂覆于载玻片表面,在构造粗糙表面结构的同时固化PDMS以降低表面能,制备出具有光催化效应的超疏水材料。并对其微观结构、光催化性、超疏水性进行了探究和分析:(1)通过前驱体钛酸四丁酯水解而成的无定形偏钛酸凝聚粒子制备出TiO2,并采用溶胶凝胶法,对TiO2溶胶进行SiO2复合改性。之后对样品进行不同温度的退火处理,得到复合材料TiO2-SiO2(n(Si):n(Ti)=0.3)。结果表明:复合材料表面呈毛茸状,同时还存在孔状结构。经退火处理后,表面孔状结构分布更为密集、均匀。SEM、XRD表征结果显示,当退火温度为600℃或更高时,材料表面出现较大面积乳突状结构,且样品中TiO2为锐钛矿型;(2)采用浸渍-提拉法,将复合材料与PDMS、甲苯按质量比4:1:5混合涂覆于载玻片上,室温下烘干,即得TiO2-SiO2@PDMS(下文简称TS@PDMS)。接触角仪测量结果表明:以不同退火温度下TiO2-SiO2为基础制得的TiO2-SiO2@PDMS与水有着不同的接触角。其中,经600℃退火的TiO2-SiO2@PDMS与水接触角高达157°。此外,由于样品表面超疏水性,散落于其表面的灰尘可被滚动的水珠带走,实现物理自清洁;(3)将上述TiO2-SiO2、TiO2-SiO2@PDMS用于光催化降解一定浓度的亚甲基蓝溶液、甲醛气体、苯气体。结果表明:光照2 h时,经600℃退火处理的TS-600对亚甲基蓝降解率为99.6%,略高于同等条件下TS-600@PDMS 95.9%的降解率;此外,光照3h时,TS-600@PDMS可分别实现降解95.5%甲醛、95.7%苯。不难得出,负载于载玻片上的TS@PDMS在保持光催化活性的同时,具备了超疏水性,在自清洁领域具有广阔的应用前景。