由于TiO2在水溶液中的分散性能將影響功能性棉織物的光催化性能。為確定無水乙醇與水的最佳比例,正交試驗時選擇m(無水乙醇):m(水)=1:4、1:2、1:1作為分散劑因數(shù)的3個水平進行試驗。
2.2 TiO2質量分數(shù)的確立
TiO2質量分數(shù)對光催化分解甲醛亦有影響。文獻[5]的研究結果表明,分散體系中TiO含固量越高,載體上TiO2負載量越大;浸軋次數(shù)越多,負載的TiO2越多,但隨著浸軋次數(shù)的增加,負載量增加很緩慢;當用高含固量的TiO2分散溶液浸涂時,負載的TiO2在載體表面分布不均勻,TiO2發(fā)生局部堆積,會導致光催化效果下降,且影響織物的手感。
為測試分散體系中TiO2濃度對織物光催化效果的影響,試驗選擇m(無水乙醇):m(水)=1:4、用TiO2質量分數(shù)為1%、2%、3%、4%、5%、6%的分散液整理織物,然后進行甲醛分解試驗,用氣相色譜法測試分解后氣體中CO,的譜峰面積,以此來評定織物的整理效果,結果如表1所示。

試驗表明,當TiO2質量分數(shù)很低時,隨著TiO2質量分數(shù)的增加(從1%上升到2%),CO,氣相色譜峰面積明顯增加,即試樣的光催化效果顯著增強。當TiO質量分數(shù)為3%時,催化效果最好。繼續(xù)增加TiO2質量分數(shù)(從3%上升到6%),試樣的光催化活性有所降低。這一方面是由于分散體系中容易發(fā)生納米粒子團聚,使吸附在棉織物上的TiO2微粒達不到納米級,影響了織物的催化效果;另一方面當TiO質量分數(shù)過高時,織物表面的TiO2對光的遮蔽力增加,光只能達到催化體系的表面,使內部TiO2粉末的光激發(fā)效率下降。
在正交試驗中TiO質量分數(shù)選擇2%、3%、4%這3個水平進行試驗。
2.3甲醛濃度對光催化的影響
有機物的濃度對光催化的反應效果有影響。光催化氧化的反應速率可應用Langmuir—Hinshelwood動力學方程進行描述:
r=kKC/(1+KC) (1)
式中:r為反應速率;C為反應物濃度;K為表觀吸附平衡常數(shù);k為光催化劑表面活性位置的表面反應速率常數(shù)。
當濃度較低時,KC《1,則動力學方程式可以簡化為
r=kKC=KC (2)
即初始濃度較低時,反應速率與有機物濃度成正比;當反應物濃度增加到一定程度時,反應速率有所增加,但不成正比;濃度到了一定界限后,將不再影響反應速率。
為了測試試樣催化分解甲醛的能力,改變甲醛反應濃度(滴加不同量的甲醛)進行試驗。
為排除因棉纖維分解生成CO2的干擾,試驗選擇純棉織物,用m(無水乙醇):m(水)=1:4的試劑為分散液,TiO2質量分數(shù)為3%的分散體系整理的試樣作對比試驗。試管中分別滴加1、2、3、4、5滴甲醛,用紫外光(強度為10400uW/cm)照射2h后,對分解后氣體中的CO2進行氣相色譜試驗,測試結果如表2所示。

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