收缩
  • 电话咨询

  • 87090666
  • 钛白粉厂家
  • 钛白粉厂家
  • 钛白粉厂家
发表论文
碳钇改性TiO2的制备及在涂料中的应用
* 来源: 河北麦森 * 作者: * 发表时间: 2017-03-23 09:50:14
  碳钇改性TiO2的制备及在涂料中的应用
  张建平 张川 张千
  (manbetx万博 石家庄市纳米氧化物工程技术研究中心)
  (河北 石家庄 050000)

 
  摘要:本文采用溶胶—凝胶法制备出碳钇TiO2样品,在分析掺杂机理上阐明碳钇改性TiO2样品结构变化的原因,并制备了碳钇改性二氧化钛-聚氨酯材料,探讨了光催化性能。
  关键词:TiO2 聚氨酯 光催化
  Study on preparation of C-Y-TiO2 and application in coatings
  Abstract:Prepared by sol - gel method C - Y - TiO2 samples, based on the analysis of samples on clarify C - Y - TiO2 doping mechanism structure change, and the preparation of carbon yttrium modified titanium dioxide - polyurethane material, analyzes its photocatalytic degradation performance.
  Keywords: TiO2 PU photocatalytic degradation
  1 引言

  目前,制备出绿色环保型光催化剂 TiO2,以改善空气质量,灭菌杀毒等领域,是大势所趋。设法提高光催化剂 TiO2 在可见光范围内的吸收效率、领域等,进行了部分单掺杂,如 Ce,Cu及非金属N、P等,另外,共掺杂方式开展的工作也有不少【1】。本文,经碳钇掺杂,TiO2 得以改善与PU的复合性能,再进行了甲基橙的降解性能测试。
  2 实验部分
  2.1 实验材料
  表2.1—实验试剂一览表

药品 分子式 纯度 分子量 生产单位
纯水 H2O 分析纯 18 自制
无水乙醇 C2H6O 分析纯 46.07 天津市大茂化工厂
硝酸钇 Y(NO3 )·6H2O 分析纯 359.05 天津市鲁鑫化工科技有限公司
钛酸四丁酯 C16H36O4Ti 分析纯 340.33 济宁佰一化工有限公司
冰乙酸 C2H4O2 分析纯 60.05 济宁宏伟化工有限公司
葡萄糖 C6H12O6 分析纯 180.186 山东浩东化工科技有限公司
  2.2 实验设备
  表2.2—实验设备一览表

仪器 型号/规格 生产单位
烧杯 200ml 深圳市兴鸿联科技有限公司
电子分析天平 JJ224BC 常熟市双杰测试仪器厂
恒温干燥箱 RYZGX-30 上海茸研仪器有限公司
磁力加热搅拌器 79-1 金坛市大仪器厂
管式炉 SK 华生电热电器厂
量筒 10ml/100ml 深圳市兴鸿联科技有限公司
超声波清洗器 KQ-200KDE 昆山超声波有限公司
气象色谱分析仪 GC-9280 北京普瑞分析仪器有限公司
  2.3 试验方法
  (1)W溶液:烧杯中,量取80ml CH2CH3OH,称取0.1g Y(NO3)·6H2O,磁力搅拌下
  向混合液中缓慢滴加20ml C16H36O4Ti,搅拌30min;
  T溶液:20ml CH2CH3OH、8ml C2H4O2及 8ml纯水配制;
  (2)磁力搅拌下,T溶液缓慢滴入W溶液中,2 h后,24℃下密封放置48h,
  干燥(12 h / 105℃),焙烧500℃/4h,得到Y—TiO2;
  (3)10%的葡萄糖溶液(10ml)与90ml纯水混合,加入Y—TiO2粉末搅拌30min后,
  80℃加热(至水分蒸尽),干燥(120℃/6 h),焙烧4h/500℃,得到C—Y—TiO2;
  (4)称取10g C—Y—TiO2样品,玻璃棒搅拌下加入到30g的聚氨酯中,225W
  超声分散45min,制得C—Y—TiO2/聚氨酯混合分散液;
  (5)进行光催化降解甲基橙实验。
  3 结果与讨论
  3.1 XRD分析

图3.1——经500℃热处理的纯TiO2和C—Y—TiO2的XRD图像
  图中,碳钇改性样品的谱峰,均为TiO2的特征峰,而未显现其他明显的特征峰可能是由于相关剂量的不足,或碳、钇于晶格内部高度分散【2】。另外,500℃处理的样品,同时出现金红石相与锐钛型的特征峰。通过公式计算,纯TiO2在500℃时的锐钛矿含量为61.71%,而C—Y—TiO2样品中锐钛矿含量为69.2%,这说明C和Y的共掺杂能够抑制TiO2的相转变。同时,500℃下的C—Y—TiO2较纯TiO2,颗粒直径减少了11.89nm,即共掺杂能够在一定程度上缩小颗粒直径。
图3.2—碳钇改性TiO2样品各元素分波态密度对比图谱
3.2 C—Y—TiO2掺杂机理分析  图3.2中,(a)是改性后各元素及总分波态密度,(b)图为改性前后的总分波态密度对比图。掺杂后,形成三条杂质能级,电子受激发跃迁,分级从价带到杂质能级,最后导带,需要的激发能量相对本征吸收小,能量较小的光子亦能够激发光生电子发生跃迁,吸收带能红移到可见光区【3】。(a)图,C的2p轨道形成杂质能级,其峰较强,即C-2p对贡献较大;Y的4d轨道,其峰较弱,即Y—4d贡献相对较小;两轨道杂化,经耦合作用,Ti-3d和O-2p轨道电子发生共振,杂质能级上能够被激发的电子量增加,益于光生电子-空穴对有效地分离。(b)图,掺杂后,费米能级偏移,形成杂质能级,两离子的协同作用下,能带窄化,吸收带边向可见光区移动,增强了光催化活性【4】。
  3.3 C—Y—TiO2/聚氨酯光催化测试

图3.3—C—Y—TiO2/聚氨酯涂料光催化测试图
  图上,改性后的复合涂料有相对最好的光催化性能。紫外下,改性后的较未改性高出29%左右;可见光下,高出41%左右,即改性能够显著增强物质光催化性能。可见光下,纯TiO2影响甚小,若要在应用中的利用价值增大,应选用改性TiO2为佳。掺杂后,样品直径显著变小,禁带宽度变大,进而,光生空穴及电子的氧化还原能力得以增强【5】。碳钇掺杂能有效影响二氧化钛,导带能级的下部形成掺杂能级,使得在可见光区也能有效地吸收,拓展了光响应范围【6】。这些因素的影响下,C—Y—TiO2/聚氨酯复合涂料在整体上得到改善,进而光催化降解能力得以提升。
  结论
  (1)碳钇同时改性二氧化钛显示出良好的协同作用,改善了二氧化钛的晶型结构,促使二氧化钛的性能得到一定提高;
  (2)改性后的TiO2与聚氨酯复合涂料用于测试光照光催化降解甲基橙实验中,碳钇改性的二氧化钛发挥出一定促进作用,紫外光下,降解率提升30%,可见光下,相对紫外提升的基础上增长了11%,C—Y—TiO2材料具有很好的光催化降解的性能。
  参考文献
  [1]刘健梅. C及稀土金属(Y、Pr)掺杂纳米TiO_2光催化剂的研究[D].云南大学,2015.
  [2]王瑞芬. 稀土改性二氧化钛光催化剂的性能及机理研究[D].北京科技大学,2016.
  [3]慈霖. 负载型氟与稀土共掺TiO_2可见光催化性能的研究[D].哈尔滨工业大学,2013.
  [4]周志凌,叶仲斌,路俊刚,韩兴林,姚云晟. 二氧化钛光催化剂及稀土离子掺杂改性的研究[J]. 精细石油化工,2007,01:20-22.
  [5]刘金凤. La/Ce修饰二氧化钛的制备及可见光催化性能研究[D].河南大学,2015.
  [6]郝丽萌. 铁、镧掺杂纳米TiO_2的制备及光催化性能研究[D].重庆工商大学,2011.

本文链接地址: http://www.homesoffortbend.com/html/2017/lw_0323/956.html

上一篇:纳米二氧化钛用于光催化分解水制氢的研究
下一篇:纳米TiO2粒子复合型涂料于木器表面抗老化研究