高炉渣纤维负载水性氟碳清漆和TiO2光催化材料的

TiO2 是一种优良 的 半 导 体 材 料,近年来被广泛地应用在光催化､太阳能电池和环境污染治理等领 域[1-3]｡相对于传统的污水处理技术,以 TiO2 为污水处理光催化剂的污水处理技术可以将污水中的有机颜 料分解成没有二次污染的 CO2､H2O 等无机物小分子,而且效率更佳｡另外,TiO2 本身具有较强的抗氧化 能力､耐腐蚀性､化学稳定性､对有机污染物无选择性以及对人体无害等众多优点[4-6]｡然而,超细 TiO2 粉 体在溶液中由于自身的布朗运动容易凝聚长大沉降从而造成光催化活性降低和回收困难等问题,所以限制 了其广泛应用[7,8]｡为了克服以上问题,通常将纳米 TiO2 固定到载体上再进行光催化性能研究｡通常作为 TiO2 光催化剂载体的材料有玻璃､硅胶､玄武岩纤维､活性炭､沸石､分子筛､高分子聚合物和碳纤维等[9,10]｡ 高炉渣纤维(BFSF)是一种无机纤维材料,由高炉渣经熔融､调制､甩丝或喷吹制成,目前其主要应用限制在 建筑方面[11]｡BFSF制备简单､稳定性好和比表面积大,具有成为优质载体的潜力｡但 BFSF 表 面 光 滑 平 整,TiO2 粉体又容易凝聚长大造成负载的 TiO2 粉体不牢固,易脱落,影响复合材料的光催化活性｡氟碳清 漆(FEVE)是性能优异的涂料成膜物质[12],其结构决定了 FEVE 具有优异的耐酸碱性和附着性,可以保护 BFSF,增强 TiO2 与BFSF间的粘结力｡该项目以市售的 TiO2 作为光催化剂,以FEVE为粘结剂,以BFSF为载体，采用浸渍涂覆法制备了 ＢＦＳＦ负载 ＴｉＯ２（ＴｉＯ２／ＢＦＳＦ）、ＢＦＳＦ 负 载 ＦＥＶＥ 和 ＴｉＯ２（ＴｉＯ２／ＦＥＶＥ／ ＢＦＳＦ）２种光催化剂，通过对亚甲基蓝的降解率分析研究了影响复合材料光催化活性的主要因素，对高炉渣 纤维的高附加值利用提供了新的研究方向。

（Ｃ１６Ｈ１８ＣｌＮ３Ｓ）和二氧化钛（ＴｉＯ２）均为分析纯，采购自天津市化学试剂研究所，水性氟碳清漆 （ＦＥＶＥ），购自欧普德建筑材料有限公司，蒸馏水与高炉渣纤维均为为实验室自制，高炉渣纤维酸度系数为 １．２，直径为７～１２μｍ，其化学成分见表１。

1.2 光催化剂的制备

BFSF的清洗:将 BFSF 置于适量无水乙醇中,超声震荡一段时间后,取出放入烘箱中105 ℃干 燥;将 BFSF置于适量蒸馏水中,超声震荡相同时间后,取出放入烘箱中于105 ℃干燥,置于干燥器中保存｡ TiO2 水分散液的制备:向烧杯中加入100mL蒸馏水,将2.0g的 TiO2 粉体加入烧杯中,恒温搅拌20 min,控制转速3000r/min,超声分散20min,得到分散均匀的 TiO2 水分散液,密封保存备用｡ FEVE和 TiO2 负载分散系的制备:分别量取2mL水性氟碳清漆(FEVE)和100mL蒸馏水于烧杯 A 中,将烧杯 A 置于恒温磁力搅拌器中搅拌20min,控制转速3000r/min,超声分散20min,得到氟碳清漆水 分散液｡称取2.0gTiO2 粉体加入到氟碳清漆水分散液中,重复上述恒温搅拌和超声过程,得 FEVE 和 TiO2 负载分散系,密封保存备用｡ TiO2/BFSF复合材料的制备:向 TiO2 水分散液中放入适量的 BFSF,浸渍一段时间后,取出真空抽滤, 在阴凉处晾干｡多次进行上述操作对材料进行重复负载,将负载好的样品置于鼓风干燥箱内,于150℃下放 置2h,冷却后置于保干器中保存｡ TiO2/FEVE/BFSF光催化剂的制备:向FEVE和 TiO2 负载分散系中放入适量的BFSF,浸渍一段时间 后,取出真空抽滤,抽滤后放入烘箱中于105℃干燥,多次进行上述操作对材料进行重复负载,将负载好的样 品置于鼓风干燥箱内,于150 ℃下放置2h,随炉冷却后得到 TiO2/FEVE/BFSF光催化材料｡ 1.3 样品性能表征 采用荷兰帕纳科产 X‘Pert-ProMPD型 X射线衍射仪分析 TiO2 粉体的物相组成,测试条件:以 Cu靶 为辐射线源,管电压50kV,管电流150mA,步长0.03,扫描范围2θ=10°~80°｡采用美国麦奇克产 Nanot- racwaveII型纳米粒度 及 Zeta电 位 分 析 仪 分 析 TiO2 粉 体 的 粒 径 分 布 和 平 均 粒 径｡采 用 贝 士 德 产 3H- 2000PM1型 N2 吸附仪分析催化剂孔结构参数,包括吸脱附等温线和孔径分布,利用 BET 方程计算催化剂 比表面积,利用 BJH 模型计算孔径分布｡采用日立S-4800型扫描电镜(SEM)对所制样品进行微观形貌的 分析｡ 1.4 光催化活性测试与催化剂再生 采用上海那艾产 NAI-GHY-DRLKW 型大容量光化学反应仪,对亚甲基蓝进行光降解试验｡首先,将 配制好的亚甲基蓝溶液静置24h,加入石英试管中,再加入0.3g催化剂,置于光化学反应仪中,暗处搅拌30 min,达到吸附平衡后,开启光源,对亚甲基蓝进行降解,以30min为间隔取样,取出样品后采用湖南湘仪产 H150型台式高速离心机进行离心分离,离心后取上层清液,采用上海菁华产721型可见分光光度计测量残余亚甲基蓝的浓度，按公式（１）计算降解率η。 　　　　　　　　　　　　　　　　

式中：η为降解率；Ａ０ 为光照前溶液的吸光度；Ａ１ 为光照后溶液的吸光度。 将测试过的催化剂通过清洗、抽滤并于１０５℃下干燥后，置于马弗炉内于３００℃煅烧，使催化剂再生，重 复上述活性测试，通过式（１）计算降解率。

ＴｉＯ２ 粉体的表征 ＴｉＯ２ 的光催化性能与其晶型、晶粒尺寸和比表面积等有很大关系，因此，对购买的样品进行基本的物理 性能表征非常重要。通常，锐钛矿型 ＴｉＯ２ 的光催化性能相对于金红石型和板钛矿型 ＴｉＯ２ 光催化性能好， 且样品晶粒尺寸越小，比表面积越大，其光催化性能越好。