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纳米技术是当前国际学术界的研究前沿,纳米TiO2光催化技术用于废水、废气的治理已成为国内外研究的热点。本研究将纳米TiO2光催化技术引入园艺产品冷藏环境中乙烯的降解和青霉的抑制,研究以ACF为载体,以粉末浸渍-提拉法为基本制备方法制备TiO2/ACF薄膜,重点研究了化学还原和离子溅射的方法在TiO2/ACF薄膜上贵金属银沉积处理以及光电协同作用对模拟冷藏环境中乙烯和青霉的影响及其机理,研究结果如下:
1.采用化学还原法通过浸渍-提拉制备了Ag改性二氧化钛光催化剂。由乙烯降解实验结果表明:Ag的掺杂量为1%,掺杂溶胶pH值为10,45℃水浴90min后制备的复合纳米薄膜光催化降解乙烯效果最好,比不添加Ag改性的TiO2/ACF薄膜的光催化降解速率提高了21%;由青霉灭活实验结果表明:Ag的掺杂量为2%,掺杂溶胶的pH值为10,45℃水浴90min后制备的复合纳米薄膜光催化灭活青霉速率提高了28%。
2.采用离子溅射法制备了Ag改性二氧化钛光催化剂。由乙烯降解和青霉灭活实验结果表明:对负载TiO2的ACF薄膜Ag的最佳溅射时间为15S,与未溅射Ag薄膜的光催化降解乙烯速率提高了16.6%,而灭活青霉的速率提高了5%1对未负载的ACF薄膜Ag的最佳溅射时间为120S,与未溅射Ag薄膜的光催化降解乙烯速率提高了22.1%,而灭活青霉的速率提高了38%1薄膜的焙烧处理对薄膜的光催化活性影响显著,溅射后在250℃下焙烧,薄膜的光催化活性最好。
3.外加电压能显著提高TiO2/ACF的光催化活性,在外加电压为75V时,光催化降解乙烯的速率提高了30.5%,灭活青霉速率提高了31%;外加电压对于Ag-TiO2/ACF薄膜的光催化活性提高不多,在外加电压为75V时,降解乙烯的速率提高了10.3%,灭活青霉的速率提高了6%。光电催化过程中光电催化活性要高于单独光催化和电催化的总和,证明了光和电具有协同作用。
4.环境扫描电镜、高分辨率热场扫描电镜、透射电镜及X射线光电子能谱(XPS)表征了所制备的TiO2/ACF纳米薄膜的表面微观结构及表面元素组成。研究结果发现,本研究实验条件下所制备的纳米光催化薄膜均实现了纳米Ag-TiO2在ACF表面及内部均匀负载,纳米Ag-TiO2在ACF单丝表面负载且呈立体堆叠结构,有利于高效吸附活性的发挥。光催化剂Ag-TiO2/ACF主要由C、Ti、O、Ag组成,负载的Ag以Ago/Ag+两种价态形式存在于纳米TiO2表面,并随着载Ag量的增大,Ag-O键所占比例得到提高。在负载银的纳米TiO2表面均出现了微晶,粒径在6~10nm之间,推测其为银粒子。本研究证实了Ag-TiO2/ACF纳米薄膜用于光催化降解模拟冷藏环境中乙烯和灭活其青霉的效果。