光催化型空气净化涂料及其涂布纸老化性能研究

摘要

由于纳米二氧化钛(TiO2)光催化和β-环糊精(β-CD)包结在室内有机污染物控制中各有其优势和不足，因而将β-CD和纳米TiO2结合起来控制室内有机污染物。本文主要研究了纳米TiO2的制备、涂料的制备、涂布纸的制备、纳米TiO2/β-CD涂布纸的光催化净化性能以及涂布纸老化性能。
　　利用溶胶-凝胶法制备纳米级锐钛矿二氧化钛粉末，并用XRD、FT-IR、SEM、AFM手段对粉体的尺寸、微观形貌、结构和性能进行表征。结果表明:产物为锐钛矿型TiO2纳米粉末，其平均粒径为20nm;通过测试粉体对甲基红无水乙醇溶液的降解，发现粉体具有良好的光催化氧化性能。当温度为25℃，甲基红无水乙醇的浓度为20mg/L，纳米TiO2投加量为0.7g/L时，经功率为8W、波长365nm的紫外灯照射30min后，甲基红无水乙醇去除率达到95.58％。
　　在自制的光催化装置中，涂覆纳米TiO2和纳米TiO2/β-环糊精涂布纸分别对二甲苯、甲醛气体进行光催化性能研究，并对原纸和涂布纸进行了光老化性能测试。结果表明，3种纸样光催化降解效率顺序为:纳米TiO2/β-环糊精涂布纸＞纳米TiO2涂布纸＞涂布原纸，β-环糊精的加入对于纳米TiO2的光催化降解具有明显的协同促进作用;两种涂布纸在紫外光和室内自然光下对二甲苯、甲醛气体都有一定的降解作用，其中紫外光的效果明显强于室内自然光;在室内自然光照射2周后，纳米TiO2/β-环糊精涂布纸可将浓度为292mg/m3的二甲苯降解78％，纳米TiO2/β-环糊精涂布纸可将浓度为274mg/m3的甲醛降解98.57％。另外，光照尤其紫外光对纸张的物理性能产生一定不利影响。
　　在紫外老化箱中对原纸表面涂覆不同比例的纳米二氧化钛/β-环糊精涂料的涂布纸进行紫外光老化实验，并利用SEM和FT-IR手段分析光照前后纸张涂层结构和涂料成分。结果表明:经紫外光照30h后，涂布纸表面涂层稍有结块，而涂料成分没有发生明显变化;光照前后不同比例的纳米二氧化钛/β-环糊精涂布纸物理性能均优于涂布原纸，其中含量为2％纳米二氧化钛和1％β-环糊精的涂布纸的物理性能和光学性能最好;含量为3％纳米TiO2和1％β-环糊精制成的涂布纸不仅不能提高纸页的抗返黄能力，反而会加速其返黄进程。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 室内主要污染物及其主要来源和健康危害

1．2 目前的主要处理方式

1．3 纳米二氧化钛(TiO2)

1．3．1 光催化反应机理

1．3．2 纳米TiO2的制备方法

1．3．3 纳米TiO2的光催化效应

1．3．4 影响光催化反应速率、效率的因素

1．3．5 提高TiO2光催化性能的方法

1．3．6 纳米TiO2的应用

1．4 环糊精的结构及性能

1．4．1 环糊精的结构

1．4．2 环糊精(CD)的性能

1．4．3 β-环糊精包合原理

1．4．4 β-环糊精包合物的特点

1．5 论文的研究内容及目的

2 纳米TiO2的制备及其光催化降解性能的研究

2．1 实验材料与方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验方法

2．2 结果与讨论

2．2．1 X射线衍射(XRD)分析

2．2．2 红外光谱(FT-IR)分析

2．2．3 扫描电镜(SEM)分析

2．2．4 原子力显微镜(AFM)分析

2．2．5 甲基红光催化降解

2．3 本章结论

3 纳米TiO2／β-环糊精涂布纸对二甲苯的光催化降解

3．1 实验材料与方法

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 纸张表面的微观形貌

3．2．2 纸样对二甲苯的吸附

3．2．3 影响光催化效率的因素

3．3 本章小结

4 纳米TiO2／β-环糊精涂布纸对甲醛的光催化降解

4．1 实验材料与方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 纸张表面的微观形貌

4．2．2 纸样对甲醛的吸附

4．2．3 影响光催化效率的因素

4．3 本章小结

5 纳米TiO2／β-环糊精光催化纸耐老化性能的研究

5．1 实验材料与方法

5．1．1 实验材料

5．1．2 实验方法

5．2 结果与讨论

5．2．1 纸张表面的微观形貌

5．2．2 红外光谱图

5．2．3 光照前后纸张物理性能变化

5．3 本章小结

6 全文总结

7 展望

参考文献

9 攻读学位期间发表论文情况

10 获奖情况

致谢