納米TiO2光催化降解污染物及表面浸潤性應用研究.pdf

1、TiO2是一種化學性質穩(wěn)定，物理性能優(yōu)良并且對環(huán)境友好的半導體化合物。從1972年Fujishima等人發(fā)現ZiO2單晶電極能夠光解水以來，研究者們對TiO2的光催化降解性能和表面浸潤性進行了系統、深入的研究。但是，ZiO2光催化降解污染物常受到載體形式和可利用波長太窄的限制，且ZiO2浸潤性轉換較弱也制約了其在功能材料領域的應用。如何提升ZiO2光催化性能拓展其在環(huán)境工業(yè)的應用能力，如何增強TiO2光控浸潤性轉換提高其在材料表面科學領

2、域的應用，將具有重要的科學意義。本課題旨在利用負載和摻雜的方法提高ZiO2的光催化降解效率;設計、構建復合微納米結構增強ZiO2的表面浸潤性;并且將UV光致ZiO2表面浸潤性的改變運用到微通道閥門及Pickering乳液中，為提高TiO2的實際應用能力提供可靠的借鑒。
　　 在TiO2降解水污染物的研究中，利用溶膠-凝膠法和浸漬-提拉法在毛細管、載玻片和玻璃珠三種載體上負載納米TiO2顆粒，并將其用于UV光催化降解水中污染物（甲

3、基橙）。通過研究發(fā)現，毛細管的限域微米空間不僅有局部富集污染物的作用，還能增加污染物與納米ZiO2顆粒的接觸機率，大大提高了TiO2降解水中污染物的效率。通過在TiO2晶體中摻雜Pb、N、Fe三種元素的方法，研究了ZiO2在可見光下降解污染物的效率;研究發(fā)現，Pb元素的摻雜不僅能使ZiO2的激發(fā)光波波長紅移，還能使TiO2晶體的顆粒直徑變小，所以其可見光催化降解效率最高。
　　 在TiO2的表面浸潤性研究方面，利用溶膠-凝膠法和

4、St(O)ber方法在載玻片表面制備了單一納米TiO2結構和三種結構層次分明的SiO2-TiO2復合微納米結構。利用UV光照改變TiO2的表面浸潤性，發(fā)現復合微納米結構的親/疏水性比納米結構的親/疏水性都強;并且，隨著SiO2微球直徑的增加，表面親/疏水性被進一步強化。研究還建立了復合微納米結構與接觸角的模型，結合Cassie-Baxter方程和模型計算出的理論值與實測值基本吻合。該方法制備的復合微納米結構還具有UV光控親/疏水轉換性能

5、。
　　 在研究了復合微納米結構對表面浸潤性的強化作用后，在內徑為5OOμm的毛細管內構筑了SiO2-TiO2復合微納米結構，并對該復合微納米結構進行了疏水化改性，制備出UV光控微通道閥門。研究發(fā)現，復合微納米結構能夠強化微通道閥門的“開/關”效果。閥門實驗表明，沒有經過UV光照的微通道閥門處于“關閉”狀態(tài)，注射泵注入的液體不能通過微通道閥門流出;而在UV光下照射了6h后的微通道閥門，由于復合微納米結構表面的TiO2層變?yōu)橛H水性

6、，閥門從“關閉”狀態(tài)變?yōu)椤伴_啟”狀態(tài)，注射泵注入的液體能夠順利通過閥門而流出。
　　 作者還研究了納米TiO2顆粒制備Pickering乳液，探索了乳液穩(wěn)定的體系條件，實現了UV光控Pickering乳液類型的轉換。分別用三種疏水化試劑制備出不同疏水性能的納米TiO2顆粒，置于煤油中照射24h，干燥后均能穩(wěn)定W/O乳液，將這三種粉末再用UV光照射12h后，制備出的乳液則是O/W型。通過檢測發(fā)現，疏水性的納米TiO2顆粒放在煤油中

7、經UV照射會發(fā)生氧化反應，該反應使得TiO2顆粒的浸潤性更適合穩(wěn)定W/O乳液。接觸角實驗表明，UV光照改變了TiO2顆粒表面的浸潤性，實現了UV光控Pickering乳液類型的轉換。相比其他Pickering乳液類型轉換研究，本研究的方法不改變乳液體系的物化環(huán)境，只改變顆粒表面的浸潤性，實現了UV光控Pickering乳液類型轉換，有力的確保了乳液制備的穩(wěn)定性。并且為Pickering乳液在化妝品行業(yè)、食品行業(yè)、藥物的可控釋放領域以及原