主要反應:
(2)測試步驟
按圖2所示將測試裝置組合好,設置一個對照組,不加光照,同時測兩組的吸光度。光照強度E必須保持在E=(10±0.5)W/m2.為了確保溶液濃度均勻,至少每20min攪拌一次溶液,用玻璃棒或者磁力攪拌器攪拌。在測量過程中,溫度須保持在(23±2) ℃,可以測溶液的溫度也可以測圓筒附近的溫度。
1-紫外光源; 2-玻璃蓋;3-檢測圓筒;4-被測區域;5-被測樣品
圖2 光催化降解亞甲基藍測試裝置
設置紫外分光光度計的波長在λ=(664±5)nm范圍內。可以直接在量筒外部測量溶液的吸光度,也可以取一小部分溶液到外部進行檢測,但要在繼續光照前放回圓筒內。測量溶液吸光度的間隔時間不要超過20 min。整個的光照時間一般為3h,但是不要超過所要求的溶液褪色時間。
(3)方法分析
如果將TiO2光觸媒紡織品置于反應容器中,第二、三種紡織品會對亞甲基藍溶液產生吸附作用,那么初始的吸光度就會減少,影響結果的準確性。另外,產生吸附后,染料覆蓋在紡織品表面,會影響其對紫外光的吸收,從而影響其光催化效率,所以這種方法不適宜于第二、三種紡織品。而像PTFE和PVC類的具有防水功能的材料,不會對染料產生吸附作用,所以亞甲基藍法適用于PTFE和PVC類材料。但從模擬真實環境的角度出發,作者認為光催化亞甲基藍法更適合去評價光觸媒材料凈化水溶液的性能而不是自清潔性能。
2.2.2熒光探針法
(1)方法原理
由TiO2光催化機理可知,材料經光照后表面會產生羥基自由基(•OH),羥基自由基能夠定量的將低濃度無熒光的對苯二甲酸(TPA)氧化成強熒光的2-羥基對苯二甲酸(HTPA) [27],生成的強熒光物質稱為熒光探針。用熒光分光光度計檢測溶液熒光強度隨光照時間的變化,即可檢測材料的光生空穴能力,從而間接測定該光觸媒材料的光催化活性。對苯二甲酸反應如下式:
(2)測試步驟
將一定大小的被測樣品放入反應器中,在反應器中加入一定體積的對苯二甲酸,然后將反應器置于紫外燈下進行光照,每隔一定時間取樣,用熒光分光光度計在2-羥基對苯二甲酸(TAOH)的最大激發波長(323nm)處激發,測定其最大發射波長(422nm)處的熒光強度。因為此反應符合零級動力學反應,所以以光照強度為縱坐標,時間為橫坐標作圖,所得直線的斜率即可表征材料的光催化性能。
(3)方法分析
這種方法相對其它方法的最大優點是時間較短、靈敏度高,測試只需要幾十分鐘,朱麗華[28]等人用熒光探針法與甲基橙法做了一比較,發現熒光探針法比甲基橙法靈敏度高約7500倍,檢測時間為后者的八分之一。另外這種方法同其它方法的不同點是它不是通過降解有機物而是通過材料表面的光生氧化劑(•OH)來側面表征其自清潔性能,因為光催化降解某些有機物時,并不是直接將有機物降解為CO2和H2O, 而是先降解為某些中間產物,等到被降解有機物的濃度很低或者被完全消耗時,中間產物才開始反應[29]。
TiO2光觸媒材料是通過光照過程中產生的強氧化劑(•OH)來氧化分解污物的,所以生成•OH的速度越快,其自清潔能力越強。作者認為這種方法可行,并且對于三種紡織品也都適用。但是在•OH和對苯二甲酸反應時,會不會受到溶液pH值、溫度等因素的影響,還有待研究。
3總結
通過對以上五種方法的分析可知,大部分評價方法都適用于TiO2光觸媒紡織品(見表2),但是綜合比較而言熒光探針法和K/S法更適宜于評價TiO2光觸媒紡織品的光催化性能,并且實際操作中相對簡單易行。熒光探針法可以測其光生氧化劑的生成速率,K/S法可以測其氧化分解有機物的能力,將兩者結合可以取長補短。
表2 5種方法在TiO2光觸媒紡織品上的適用性
以上五種評價方法只有接觸角測量法考慮到了對材料親水性的測量,而其它方法都只考慮到了材料的光催化性能,可以看出目前研究更多的是TiO2光觸媒材料的光催化性能評價方法,但是光致超親水性對于TiO2光觸媒紡織品的自清潔性也很重要,所以在評價光觸媒紡織品的自清潔性能時,只考慮其光催化性是不完整的,需要將光催化性和光致超親水性兩者同時考慮。
由于第一種TiO2光觸媒紡織品具有防水性能,所以可通過測其接觸角的方法來表征其光致超親水性,但這里不需要在紡織品表面涂抹油酸,而是直接將水滴在材料的表面,用一定波長的紫外燈進行照射,同時用接觸角測量儀測定光照前后接觸角的變化。兩種方法可以表征其光致超親水性,一種是通過初始接觸角到接觸角小于10°的變化率來表示材料的光致超親水性,接觸角變化率越大,光致超親水性越好。也可以通過最小接觸角恢復到初始接觸角的恢復速率來表示,恢復速率越小,光致超親水性越好[30]。
對于第二、三種TiO2光觸媒紡織品中可被潤濕的紡織品,因為無法測其接觸角,所以接觸角法對其不適用。一般而言紡織品的親水性可通過回潮率、水分吸收、滴液吸收能力、吸水率、垂直芯吸試驗、水蒸汽傳遞以及拒水指數等方法來評定[31]。但是由于光觸媒紡織品的親水性在光照后會發生變化,并且慢慢增強,最終達到最大值。所以這些評價方法對其不再適用,需要在原有的評價基礎上進行改進。例如可以通過測定光照后紡織品毛效的變化率來表征其光致超親性。
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