主要反应:
(2)测试步骤
按图2所示将测试装置组合好,设置一个对照组,不加光照,同时测两组的吸光度。光照强度E必须保持在E=(10±0.5)W/m2.为了确保溶液浓度均匀,至少每20min搅拌一次溶液,用玻璃棒或者磁力搅拌器搅拌。在测量过程中,温度须保持在(23±2) ℃,可以测溶液的温度也可以测圆筒附近的温度。
1-紫外光源; 2-玻璃盖;3-检测圆筒;4-被测区域;5-被测样品
图2 光催化降解亚甲基蓝测试装置
设置紫外分光光度计的波长在λ=(664±5)nm范围内。可以直接在量筒外部测量溶液的吸光度,也可以取一小部分溶液到外部进行检测,但要在继续光照前放回圆筒内。测量溶液吸光度的间隔时间不要超过20 min。整个的光照时间一般为3h,但是不要超过所要求的溶液褪色时间。
(3)方法分析
如果将TiO2光触媒纺织品置于反应容器中,第二、三种纺织品会对亚甲基蓝溶液产生吸附作用,那么初始的吸光度就会减少,影响结果的准确性。另外,产生吸附后,染料覆盖在纺织品表面,会影响其对紫外光的吸收,从而影响其光催化效率,所以这种方法不适宜于第二、三种纺织品。而像PTFE和PVC类的具有防水功能的材料,不会对染料产生吸附作用,所以亚甲基蓝法适用于PTFE和PVC类材料。但从模拟真实环境的角度出发,作者认为光催化亚甲基蓝法更适合去评价光触媒材料净化水溶液的性能而不是自清洁性能。
2.2.2荧光探针法
(1)方法原理
由TiO2光催化机理可知,材料经光照后表面会产生羟基自由基(•OH),羟基自由基能够定量的将低浓度无荧光的对苯二甲酸(TPA)氧化成强荧光的2-羟基对苯二甲酸(HTPA) [27],生成的强荧光物质称为荧光探针。用荧光分光光度计检测溶液荧光强度随光照时间的变化,即可检测材料的光生空穴能力,从而间接测定该光触媒材料的光催化活性。对苯二甲酸反应如下式:
(2)测试步骤
将一定大小的被测样品放入反应器中,在反应器中加入一定体积的对苯二甲酸,然后将反应器置于紫外灯下进行光照,每隔一定时间取样,用荧光分光光度计在2-羟基对苯二甲酸(TAOH)的最大激发波长(323nm)处激发,测定其最大发射波长(422nm)处的荧光强度。因为此反应符合零级动力学反应,所以以光照强度为纵坐标,时间为横坐标作图,所得直线的斜率即可表征材料的光催化性能。
(3)方法分析
这种方法相对其它方法的最大优点是时间较短、灵敏度高,测试只需要几十分钟,朱丽华[28]等人用荧光探针法与甲基橙法做了一比较,发现荧光探针法比甲基橙法灵敏度高约7500倍,检测时间为后者的八分之一。另外这种方法同其它方法的不同点是它不是通过降解有机物而是通过材料表面的光生氧化剂(•OH)来侧面表征其自清洁性能,因为光催化降解某些有机物时,并不是直接将有机物降解为CO2和H2O, 而是先降解为某些中间产物,等到被降解有机物的浓度很低或者被完全消耗时,中间产物才开始反应[29]。
TiO2光触媒材料是通过光照过程中产生的强氧化剂(•OH)来氧化分解污物的,所以生成•OH的速度越快,其自清洁能力越强。作者认为这种方法可行,并且对于三种纺织品也都适用。但是在•OH和对苯二甲酸反应时,会不会受到溶液pH值、温度等因素的影响,还有待研究。
3总结
通过对以上五种方法的分析可知,大部分评价方法都适用于TiO2光触媒纺织品(见表2),但是综合比较而言荧光探针法和K/S法更适宜于评价TiO2光触媒纺织品的光催化性能,并且实际操作中相对简单易行。荧光探针法可以测其光生氧化剂的生成速率,K/S法可以测其氧化分解有机物的能力,将两者结合可以取长补短。
表2 5种方法在TiO2光触媒纺织品上的适用性
以上五种评价方法只有接触角测量法考虑到了对材料亲水性的测量,而其它方法都只考虑到了材料的光催化性能,可以看出目前研究更多的是TiO2光触媒材料的光催化性能评价方法,但是光致超亲水性对于TiO2光触媒纺织品的自清洁性也很重要,所以在评价光触媒纺织品的自清洁性能时,只考虑其光催化性是不完整的,需要将光催化性和光致超亲水性两者同时考虑。
由于第一种TiO2光触媒纺织品具有防水性能,所以可通过测其接触角的方法来表征其光致超亲水性,但这里不需要在纺织品表面涂抹油酸,而是直接将水滴在材料的表面,用一定波长的紫外灯进行照射,同时用接触角测量仪测定光照前后接触角的变化。两种方法可以表征其光致超亲水性,一种是通过初始接触角到接触角小于10°的变化率来表示材料的光致超亲水性,接触角变化率越大,光致超亲水性越好。也可以通过最小接触角恢复到初始接触角的恢复速率来表示,恢复速率越小,光致超亲水性越好[30]。
对于第二、三种TiO2光触媒纺织品中可被润湿的纺织品,因为无法测其接触角,所以接触角法对其不适用。一般而言纺织品的亲水性可通过回潮率、水分吸收、滴液吸收能力、吸水率、垂直芯吸试验、水蒸汽传递以及拒水指数等方法来评定[31]。但是由于光触媒纺织品的亲水性在光照后会发生变化,并且慢慢增强,最终达到最大值。所以这些评价方法对其不再适用,需要在原有的评价基础上进行改进。例如可以通过测定光照后纺织品毛效的变化率来表征其光致超亲性。
<<上一页[1][2][3]