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你知道TiO2光触媒自清洁纺织品评价方法有那些?

作者:山东中康新材料 发布时间:2022-04-08 10:22:54点击:17

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    TiO2光触媒自清洁纺织品评价方法多种多样,山东中康新材料在这里为大家介绍接触角测量法K/S法硬脂酸法详细情况。

一.接触角测量法


接触角测量法.png

日本在光触媒技术上的研究相对较早,并于2007年出台了第一部光触媒材料自清洁性能评价标准:JISR17031-2007和JISR1703-2-2007。随后国际标准化组织(ISO)和中国也相继出台了关于光触媒材料自清洁性能的评价标准,标准分别为ISO27448-2009GB/T23764-2009。这些标准中有三种是通过测接触角的方法来表征材料的自清洁性能。因为三个标准中的接触角测量法大同小异,这里以ISO27448-2009为例将接触角测量法作简要介绍。

二氧化钛自清洁评价方法.png

(1)方法原理

由于光催化材料在受到光照后不但会产生强氧化剂,还会使材料表面产生超亲水性,所以首先在样品表面附载有机物(油酸),使用一定强度的紫外光进行照射时,油酸会被生成的强氧化剂慢慢氧化分解掉,由于材料表面亲水性的增强,接触角也会慢慢变小,直到达到“最小接触角”。材料的光催化性能越好,达到“最小接触角”的时间也就越短。

(2)测试步骤

首先在材料表面涂一层油酸,可以直接用手在材料表面涂抹油酸,也可以用无纺布将其均匀铺展开。将涂抹好的样品放到天平上称量,调节油酸的涂抹量在100cm2为(2.0±0.2)mg,或者将样品浸入油酸溶液中,以60cm/min的速度提拉样品,在70℃下干燥15min。对于手工涂抹的样片,使达到表面的光强为(2.0±0.1)W/cm2,对于提拉法的样片,使达到表面的光强为(1.0±0.1)W/cm2。油酸涂抹好后,在经预处理的每个样品各选定5个点,滴上水滴,分别测量选定5个点的接触角,作为初始接触角。样品在紫外光照射后,选择适当的时间间隔对被选定的5个点进行接触角的测定,取其平均值,作为各个样品的“紫外光照射n时间后”的接触角。若该平均值≤5°,则该值作为该样品的“最小接触角”。若所测接触角没有达到5°,而最后某3个时间点接触角的变动系数≤10%时,则取它们的算术平均值为该样品的“最小接触角”。

(3)方法分析

接触角测量法是从光催化性能和光致超亲水性两个方面考虑的。材料经光照后,首先将表面的油酸光催化分解掉,同时水与玻璃的接触角随着亲水性的增强接触角也就慢慢变小,直到达到“最小接触角”为止。光催化性能好的材料催化分解油酸的时间和光致超亲水的时间都短,那么总时间也就短。或者通过比较“最小接触角”的大小来评价其性能,最小接触角小的光催化性能也就好。但是具体用哪种参数来表征材料的自清洁性能标准中并未给出。由于接触角测量法需要将水滴在材料表面,故对于表面可被润湿的材料不可行。由于第二、三种纺织品一般会被水滴润湿而第一种纺织品不会,所以此方法适用于第一种纺织品而不适用于第二、三种。但这种方法非常耗时,一般需要超过70个小时。测试时,水滴的体积由于蒸发作用会发生变化甚至蒸干,水滴体积的变化会导致接触角也发生改变,从而影响结果的准确性。如果不在材料表面处理一层油酸,单独进行接触角测量时则会大大缩短时间,张平等人用波长为254nm的紫外灯对TiO2光触媒玻璃进行亲水性测试时,仅需半小时材料表面就达到超亲水状态。此外,标准中对油酸的涂抹方法和光照强度没有统一,水滴的体积也没有规定,实际操作中易造成结果不准确且无法比较。所以这种方法存在诸多缺陷,操作起来也不便且耗时。把光催化性能和光致超亲水性两个方面分开来测更合理,用时也大大缩短。


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二.K/S法

(1)方法原理

涂抹在纺织品材料表面的染料类有机污物经光照后,污物在被慢慢降解的同时,其K/S值也会相应地减小。可通过测量其光照前后的K/S值变化率来量化其自清洁性能。K/S值的减少百分率(以ξ表示)可用公式:

沾污样品的K/S值.png

(2)测试步骤

    首先将染料溶于去离子水中,制成染料悬浮液或溶胶。可被用来做测试用的染料有亚甲基蓝、罗丹明B、碱性红和酸性黄等。控制初始的K/S值在0.6-1之间,如果不在,相应地改变染料的浓度。将染料均匀地处理到织物表面,用紫外灯进行照射,分别在同间距的三个时间点测其K/S值,然后按照上述公式计算K/S值的变化率。为了使结果更加准确,BhavanaSharma等人设计了一个很巧妙的方法(如图1),将一块未沾污的原布剪出5个4.5cm×4.5cm的洞,然后将其覆盖在被沾污的样品表面进行照射,最终结果取这5个点的平均值。这样做的好处是每隔一段时间所测样品的位置与之前测的位置一致。如果每次都随机选取5个位置进行测试,这5个位置的初始K/S值可能不一致,会对结果产生较大的影响。

K/S测试方法示意图.png

(3)方法分析

K/S值法对于三种纺织品均适用,方法相对简单易行且用时较短,能够较真实地模拟纺织品被沾污的情形。由于是测同一点的K/S值的变化率,所以即使染料涂抹得不够均匀也不影响其结果。BhavanaSharma等人用K/S法对TiO2光触媒纺织品进行测试时,展现了良好的重现性。

三.硬脂酸法

(1)方法原理

在材料的表面均匀涂抹一层硬脂酸,在紫外灯的照射下,硬脂酸会被催化氧化成CO2和H2O,利用红外线光谱测定2700cm-1-3000cm-1范围内C—H键的伸缩振动吸收值的变化或者利用气相色谱、红外光谱等监测生成CO2的量随光照时间的变化来评价光触媒材料的自清洁性能。

硬脂酸催化降解反应如下:image.png

(2)方法分析

光催化降解硬脂酸法是常用的检测光催化材料自清洁性能的方法之一AndrewMills等人用硬脂酸法对TiO2光触媒玻璃进行了测试,发现伴随着硬脂酸的矿化同时有大于90%的CO2产生,这说明硬脂酸基本已经被氧化分解。他们同时对溶胶凝胶和P25两种不同类型的TiO2膜处理的石英盘进行了测试,当用溶胶凝胶TiO2膜处理的石英盘光解生成>90%的CO2时,P25TiO2膜处理的石英盘光解产生的为69%,说明前者的光催化性能比后者的要好。硬脂酸法对三种纺织品虽均适用,但是硬脂酸法也存在一些缺点:很难保证每次在其表面镀上一层质量相同且均匀的硬脂酸薄膜,另外这种方法很耗时且需要大型仪器支持,对设备的密封性要求很高,所以这种方法实际中操作起来有一定的困难。

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