由于TiO2在水溶液中的分散性能将影响功能性棉织物的光催化性能。为确定无水乙醇与水的最佳比例,正交试验时选择m(无水乙醇):m(水)=1:4、1:2、1:1作为分散剂因数的3个水平进行试验。
2.2 TiO2质量分数的确立
TiO2质量分数对光催化分解甲醛亦有影响。文献[5]的研究结果表明,分散体系中TiO含固量越高,载体上TiO2负载量越大;浸轧次数越多,负载的TiO2越多,但随着浸轧次数的增加,负载量增加很缓慢;当用高含固量的TiO2分散溶液浸涂时,负载的TiO2在载体表面分布不均匀,TiO2发生局部堆积,会导致光催化效果下降,且影响织物的手感。
为测试分散体系中TiO2浓度对织物光催化效果的影响,试验选择m(无水乙醇):m(水)=1:4、用TiO2质量分数为1%、2%、3%、4%、5%、6%的分散液整理织物,然后进行甲醛分解试验,用气相色谱法测试分解后气体中CO,的谱峰面积,以此来评定织物的整理效果,结果如表1所示。
试验表明,当TiO2质量分数很低时,随着TiO2质量分数的增加(从1%上升到2%),CO,气相色谱峰面积明显增加,即试样的光催化效果显著增强。当TiO质量分数为3%时,催化效果最好。继续增加TiO2质量分数(从3%上升到6%),试样的光催化活性有所降低。这一方面是由于分散体系中容易发生纳米粒子团聚,使吸附在棉织物上的TiO2微粒达不到纳米级,影响了织物的催化效果;另一方面当TiO质量分数过高时,织物表面的TiO2对光的遮蔽力增加,光只能达到催化体系的表面,使内部TiO2粉末的光激发效率下降。
在正交试验中TiO质量分数选择2%、3%、4%这3个水平进行试验。
2.3甲醛浓度对光催化的影响
有机物的浓度对光催化的反应效果有影响。光催化氧化的反应速率可应用Langmuir—Hinshelwood动力学方程进行描述:
r=kKC/(1+KC) (1)
式中:r为反应速率;C为反应物浓度;K为表观吸附平衡常数;k为光催化剂表面活性位置的表面反应速率常数。
当浓度较低时,KC《1,则动力学方程式可以简化为
r=kKC=KC (2)
即初始浓度较低时,反应速率与有机物浓度成正比;当反应物浓度增加到一定程度时,反应速率有所增加,但不成正比;浓度到了一定界限后,将不再影响反应速率。
为了测试试样催化分解甲醛的能力,改变甲醛反应浓度(滴加不同量的甲醛)进行试验。
为排除因棉纤维分解生成CO2的干扰,试验选择纯棉织物,用m(无水乙醇):m(水)=1:4的试剂为分散液,TiO2质量分数为3%的分散体系整理的试样作对比试验。试管中分别滴加1、2、3、4、5滴甲醛,用紫外光(强度为10400uW/cm)照射2h后,对分解后气体中的CO2进行气相色谱试验,测试结果如表2所示。
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