论陶瓷基板TiO2涂层光催化降解含氯烷烃溶液

摘  要：将二氧化硅溶胶与自制的二氧化钛溶胶按照一定的质量比混合，搅拌均匀后喷涂到洁净的陶瓷基板表上，在500℃下热处理30分钟得到了透明二氧化钛涂层。采用XRD和AFM分析了二氧化钛涂层的晶相结构和表面形貌。二氧化钛涂层光催化降解含氯自来水研究结果表明: 二氧化钛涂层中掺杂20％（TS82）的二氧化硅，其降解效果非常理想。

关键词：二氧化钛；含氯烷烃溶液；光催化；电导

中图分类号：TU5   文献表识码：A 

作者简介：陈耀存（1982-），广东深圳人，从事水质处理、监控工作。 

1  引言

半导体光催化技术在环境保护和太阳能利用上有着良好的应用前景，已成为国内外研究的热点之一^[1-3]。TiO₂作为光催化材料具有光催化活性高、稳定性好、价廉、无毒等优点，应用最为广泛，已开始在空气净化，污水处理，自清洁陶瓷和抗雾玻璃制备等方面得到应用^[4-5]。光催化功能陶瓷具有灭菌、降解有机污染物和保持陶瓷表面洁净的功能。现在，在处理含氯的有机物时，采用的方法中大多采用催化氧化反应，是一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术。

目前，自来水的供应过程中采用了含氯的物质进行消毒，以保持水进入千家万户时没有细菌。然而这种加氯消毒的方法产生了新的有机卤化物，成分是三氯甲烷，及少量的一氯甲烷、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷、溴仿。检测的结果表明，加氯消毒的饮用水、自来水中的卤代烷含量高于水源水，长期引用超标的水，会肝中毒，甚至癌变 。因此饮用水的安全健康的问题得到了越来越多的关注，如何杀菌消毒，减少有机物的污染，减少水中卤代烷的含量等都是人们所探讨的课题。为此本工作以二氧化钛涂层为光催化剂，在紫外光作用下，对光催化含氯有机物溶液作了相关研究。

2  实验部分

2.1  试样的制备

    按文献^[2-3]制备了二氧化钛水溶胶和二氧化钛涂层。

2.2  二氧化钛薄膜的表征分析

采用X射线衍射仪（日本岛津）进行二氧化钛晶相分析，原子力显微镜AFM（美国爱默森仪器公司）分析二氧化钛涂层表面形貌。

2.3  光照催化性能评价试验

配置一定浓度的含氯烷烃溶液置于50毫升的烧杯中，将镀有二氧化钛涂层的陶瓷基板浸没。使用三盏20W紫外光管照射样品溶液进行光催化降解。含氯烷烃的光降解率用电导率仪测定，光源与样品的距离为15cm，能量密度约0.3mW/cm²。装置如图1所示。

3  结果与讨论

3.1  二氧化钛晶相与表面形貌

   图2为加二氧化钛涂层掺杂二氧化硅的XRD图谱, 可知体系结晶度良好，涂层完全由锐钛矿型组成。由图3可知，二氧化钛样品在高温处理后，其厚度和表面结构都具有良好的均匀性，同时，高温对样品的粒度影响也不大，图中的二氧化钛粒子的平均粒径约为20nm，这对保持涂层的光催化性、提高涂层质量均十分有利。

3.2  光催化降解含氯溶液

下图4为光催化含氯烷烃降解率与光照时间的关系示意图。

由上面三图可以知道，在紫外光照的条件下，产生的氯离子和氢离子使得溶液的电导率增加。含氯烷烃的降解率与光催化时间关系密切，光催化时间越长，降解效果越好，能够有效地降解溶液中地含氯有机物。

4  结论

通过无机钛盐可以制成二氧化钛溶胶，流程简单，制备时间短。该涂层在水溶液中对二氯甲烷、三氯甲烷和四氯甲烷可以产生光催化作用，在紫外光照的条件下，产生的氯离子和氢离子使得溶液的电导率增加。光催化时间越长，降解效果越好。目前，TiO₂光催化反应降解有机物技术已成为科研和产业界共同关注的热点。在实际应用中，可以根据不同条件考虑和其它工艺方法并用，如与生物处理、活性炭吸附和膜分离技术等相结合，获得满意的降解效率。

参考文献

[1] 姜妍彦,钟萍,王承遇,赵秀岩.玻璃表面TiO₂膜性能的影响因素及提高其光降解效率的途径[J].材料导报,2000,14(6):39.

[2] 罗仲宽,李明,蔡弘华,等.二氧化钛溶胶光催化二氯甲烷溶液的电导率特性研究[J].材料科学与工程学报，2004,22(4):523.

[3] 罗仲宽,宋力昕,李明,等.TiOSO₄水性溶胶制备TiO₂薄膜及其亲水性研究[J].无机材料学报,2004,19(6):1397.

[4] 胡鹃,邓建刚,何水样,畅柱国,赵建社,刘建宁.纳米级二氧化钛制备方法的比较研究[J].材料科学与工程,2001,19(4):72.

[5] 李太友,刘琼玉,赵俐敏,赵琼.氯仿在TiO₂悬浮液中的光催化降解[J].江汉大学学报, 2001,18(3):21.

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