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光催化活性测试

采用亚甲基蓝(MB)作为评价光催化剂催化活性的底物。亚甲基蓝浓度与吸光度呈现良好的线性关系,可根据其最大波长处(入=663.00nm)的吸光度变化得知其浓度的变化。
利用紫外-可见光谱仪测试配制好的的亚甲基蓝溶液(光催化剂和降解底物达到吸附脱附平衡之后)光照前的初始吸光度A0(除去光催化剂),在可见光照射下光催化降解时间t后,测试亚甲基蓝溶液的吸光度At(除去光催化剂),根据朗伯-比尔定律,亚甲基蓝的降解率能够通过如下公式来计算:
降解率=(A0-At)/A0*100%=(C0-Ct)/C0*100% 
其中C0为配制好的的亚甲基蓝溶液(光催化剂和降解底物达到吸附脱附平衡之后)光照前的初始浓度,Ct为亚甲基蓝溶液经过可见光照射时间t后的浓度(除去光催化剂)。

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铁离子改性二氧化钛的制备
Fe3+既是半充满电子构型的金属离子,又跟Ti4+离子半径相近,因此选择Fe3+作为掺杂金属离子,制备出Fe3+改性TiO2,以亚甲基蓝为底物考察所制材料的光催化性能。

图a和b为普通TiO2扫描电镜照片
图c为样品没有经过处理直接干燥之后在扫描电镜下的照片

图d为样品经过乙醇洗去水分子再干燥之后在扫描电镜下的照片
经Fe3+改性后的TiO2不易团聚,分散性更好
FeCI3改性二氧化钛的制备

左图为Fe-T(乙醇洗涤之后再干燥的Fe3+改性二氧化钛)与普通Ti02的吸光度对比


从200nm到500nm,1wt%Fe-T、2wt%Fe-T、3wt%Fe-T的吸光度均比普通Ti02高,直观的反应出了Fe3+已成功的沉积在了Ti02表面


Fe3+的引入使得Ti02的光吸收能力提升,增大了Ti02对太阳光的利用效率,少量的Fe3+就能让Ti02的吸光性质发生改变

FeCl3改性二氧化钛的紫外-可见漫反射光谱
FeCI3改性二氧化钛的制备

不同Fe3+吸附量的Fe-Ti与普通Ti02在500W氙灯的照射下,光催化降解效率对比结果直观的反应Fe3+的引入使得Ti02的光催化降解效率提高,且2wt%为最佳理论吸附量


将普通Ti02用相同的制备过程(未引入Fe3+)处理之后得到0wt%Fe-Ti(未干燥),其光催化活性比普通Ti02的光催化活性低,这是由于Ti02在溶液中会有一定程度的聚集沉降,即Ti02不仅会在干燥过程中发生团聚,在水溶液中的团聚现象也会限制改性纳米Ti02光催化性能的发挥


Fe-Ti光催化降解亚甲基蓝降解效率

Fe(acac)3改性二氧化钛的制备

Fe(acac)3改性二氧化钛的扫描电镜照片

 Fe(acac)3改性二氧化钛的紫外-可见漫反射光谱

Fe(acac)3改性二氧化钛的制备

Fe(acac)3既能适当提高Ti02的光吸收能力又能增强其在水溶液中的分散性,即Fe(acac)3同时起到了改性剂和分散剂的作用


Fe(acac)3最佳理论吸附量是0.25wt% ,0.25wt%Fe(acac)3-T是普通Ti02光催化效率的1.5倍


Fe(acac)3改性二氧化钛的光催化效率远高于FeCI3改性二氧化钛


最终确定选择用乙酰丙酮铁来对Ti02进行Fe3+的改性


Fe(acac)3改性二氧化钛光催化降解亚甲基蓝降解效率

乙酰丙酮铁改性Ti02负载Pt

将乙酰丙酮铁改性二氧化钛用不同方式负载Pt,用湿式浸渍法制备的催化剂记作I-Pt;用湿式浸渍法制备Pt /Ti02催化剂,然后用H2 /N2混合气还原,还原温度为300℃,时间为10 min,所得的样品记作H-Pt;采用紫外光原位还原法制备所得的样品记作S-Pt


由图可以看出,湿式浸渍法制备的催化剂表面不存在金属态的Pt (0),Pt元素以氧化物PtⅡO以及氧化物PtIVO2的形式存在


3种不同方法制备的催化剂中,I-Pt表面主要是Pt氧化物;而S-Pt催化剂表面以纳米金属Pt为主,有少量Pt氧化物;H-Pt经过热致再构和反应诱导再构,表面基本都是金属Pt


Pt/Ti样品Pt 4f轨道XPS图谱​
乙酰丙酮铁改性Ti02负载Pt

为了使铁离子改性二氧化钛上所负载的是金属Pt,先用湿式浸渍法制备Pt /Ti02催化剂,再用H2 /N2混合气还原,还原温度为300℃


当Pt含量为0.5%时可制备出催化效率最高的催化剂0.5%Pt-0.25wt%Fe(acac)3-T(简记为Fe(acac)3-T)


Ti02具有极好的稳定性,其表面的•OH基团能增强Pt的抗中毒能力


0.5%Pt-0.25wt%Fe(acac)3-T透射电镜图谱

GO/Pt/Fe(acac)3改性二氧化钛的制备

石墨烯中的Sp2杂化碳原子键合形成的共扼大π键,能够对可见光进行响应,从而提高石墨烯氧化物/铂金/乙酰丙酮铁改性二氧化钛对可见光的利用效率



石墨烯吸收的可见光中一部分从石墨烯中激发出电子,另一部分以光子的形式和石墨烯的晶格发生碰撞,转化成热量


石墨烯氧化物/铂金/乙酰丙酮铁改性二氧化钛扫描电镜照片

GO/Pt/Fe(acac)3改性二氧化钛的制备

GO使得催化剂的吸光范围拓展到了可见光区



可吸收380-780nm波长的全波长可见光

石墨烯氧化物/铂金/乙酰丙酮铁改性二氧化钛紫外-可见漫反射光谱

GO/Pt/Fe(acac)3改性二氧化钛的制备

GO中的Sp2杂化碳原子键合形成的共扼大π键,能够对可见光进行响应,增强催化剂的光吸收能力


GO在复合材料中的含量为10wt%时,光催化降解亚甲基蓝效果最好,10wt%GO-0.5%Pt-0.25wt%Fe(acac)3-T是0.5%Pt-0.25wt%Fe(acac)3-T光催化效率的1.4倍。


GO对染料有强烈吸附作用,即使在染料浓度较低的环境下,GO-Fe(acac)3-T也能迅速接触到染料分子并将其降解


普通Ti02 、GO-Fe(acac)3-T光催化降解亚甲基蓝降解效率

普通光触媒
易团聚
只在紫外光下有催化活性或只能吸收450nm以
下的波长,可见光下无净化性能或净化性能太弱
可见光下净化性能太弱,容易被含氮和含硫化合物
分解的产物包围而丧失净化性能,净化性能不持久
星帮尼纳米复合光触媒
分散性好
可吸收全部可见光波长(380-780nm),可见光下催化性能很强
可吸收并分解低浓度的气体污染物
可见光净化性能强,吸附和彻底分解含氮和含硫化合物分解的产物,实现持久净化
普通光触媒团聚很严重

星帮尼纳米复合光触媒分散性非常好

产品原理

原理:


铁离子和石墨烯改性二氧化钛,实现可见光响应

可见光下,光触媒表面产生超氧阴离子自由基(•O2)和羟基自由基(•OH)


羟基自由基(•OH)的电负性(氧化性)几乎可以分解所有的有机物,同时可以分解部分无机物

反应过程及产物:


光触媒即光催化剂,在净化污染物的过程中,自身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变,可持久净化空气


作用条件:可见光条件下

产物:水和二氧化碳


(1)吸附于光触媒表面的水分子或OH- 被光生空穴氧化后,生成氧化能力和反应活性极强的羟基自由基(•OH ):

H2O + h+  → • OH + H+     

OH- + h+  → • OH


(2)光生电子需与受体O2 结合通过一系列反应生成• OH才能发生氧化还原反应,否则, h+与e- 只进行简单复合 而无氧化还原反应的发生。

O2 + e-  → • O2   

2 • O2 + 2H2O  →  2 • OH + 2OH + O2


(3) 光生电子还可通过以下途径生成过氧化氢自由基和过

氧化氢:

H+ + e-  → H •             HO2 + h+  → HO2 •

• O2+ H • → H02         HO2 • →O2 + H2O2


(4)过氧化氢又可以通过下列途径生成• O

H2O2 + hγ → 2 • OH     

H2O2 + e- → • OH + OH-

H2O2 + • O2 → • OH + OH- + O2 


产品安全性

喷涂材料安全性测试



金属腐蚀性测试(不生锈)
水性漆变色测试(不变色)

其他材料安全性测试


喷涂到油漆、饰面板、墙面、地毯、窗帘、皮沙发和布艺沙发等材质上,均不会起不良反应


产品性能

净化效果持久性


碳、氢化合物,最终分解产物是二氧化碳和水

含氨、氮的化合物,最终分解产物是硝酸或者硝酸盐

含硫、巯基的有机化合物最终分解产物是硫酸或者硫酸盐

当大量硫酸盐和硝酸盐在纳米二氧化钛晶体表面残留时,会把纳米二

氧化钛颗粒包围起来,使其失去光催化性能


室内常见的含氨、氮的化合物主要为氨气(NH3),含硫、巯基的化合物主要为硫化氢(H2S)


为了验证该纳米复合光触媒的净化效果持久性,用甲醛、氨气和硫化氢的降解实验来验证星帮尼纳米复合光触媒净化效果的持久性

纯甲醛环境净化效果持久性


试验环境条件:温度(25±2)℃,相对湿度(50±10)%


实验方法:

将制备好的样品玻璃板竖立放置于1.0m³的实验舱内,往实验舱注入甲醛溶液使箱体中甲醛初始浓度为1.0mg/m³,开启实验舱内的30W日光灯12h,然后关闭12h,再开启日光灯12h,不断循环往复;

每隔6小时检测一次实验舱内的甲醛浓度并补充甲醛使实验舱内甲醛恢复至1.0mg/m³的浓度,如此往复96h;


96h后,将做完上述饱和试验的样品玻璃板取出在试验条件下放置24h;

将饱和试验的样板重新放置于1.0m³的实验舱内,往实验舱注入甲醛溶液使箱体中甲醛初始浓度为1.0mg/m³,开启30W日光灯,48h后测试甲醛的降解率,即可得到纯甲醛环境中净化性能的持久性。


含氮和含硫化合物环境中净化效果持久性


NH3环境净化效果持久性实验:


将制备好的玻璃板A竖立放置于1 m ³的实验舱内,往实验舱注入氨水使箱体中NH3初始浓度为0.5mg/m³,开启实验舱内的35W氙灯12h,然后关闭12h,再开启氙灯12h,不断循环往复;

每隔6小时检测一次实验舱内的氨气浓度并补充氨水使实验舱内氨气恢复至0.5mg/m³的浓度,如此往复100天;


将饱和试验的样板重新放置于1.0m³的实验舱内,往实验舱注入甲醛溶液使箱体中甲醛初始浓度为1.0mg/m³,开启30W日光灯,48h后测试甲醛的降解率,即可得到含氮环境对星帮尼纳米复合光触媒持久性的影响大小。


含氮和含硫化合物环境中净化效果持久性


H2S净化效果持久性实验:

将制备好的玻璃板B竖立放置于1.0m³的实验舱内,往实验舱注入液体硫化氢使箱体中H2S初始浓度为1.0mg/m³,开启实验舱内的35W氙灯12h,然后关闭12h,再开启氙灯12h,不断循环往复;


每隔6小时检测一次实验舱内的硫化氢浓度并补充硫化氢液体使实验舱内硫化氢恢复至1.0mg/m³的浓度,如此往复100天;


将饱和试验的样板重新放置于1.0m³的实验舱内,往实验舱注入甲醛溶液使箱体中甲醛初始浓度为1.0mg/m³,开启30W日光灯,48h后测试甲醛的降解率,即可得到含硫环境对星帮尼纳米复合光触媒持久性的影响大小。


产品性能第三方检测数据: