(Ag,Cu)/TiO_(2)汽车玻璃隔热膜的制备与表征

利用磁控溅射技术制备由金属(Ag,Cu)膜、介质层TiO_(2)膜组成的双层汽车玻璃隔热膜样品。利用单因素分析法考察了溅射时间、溅射功率和Ar溅射流量三个因素对(Ag,Cu)/TiO_(2)汽车玻璃隔热膜透光隔热性能的影响。实验结果表明,在在本底真空度3×10^(-3) Pa,溅射气压2.1 Pa条件下,靶基距均为70 mm时,金属(Ag,Cu)膜溅射时间18 s,溅射功率80 W,Ar溅射流量20 sccm;介质层TiO_(2)膜溅射时间50 min,溅射功率115 W,溅射流量25 sccm时,(Ag,Cu)/TiO_(2)汽车玻璃隔热膜的透光隔热性能最佳。

PVDF/TiO_(2)@MoS_(2)纤维复合膜的制备及光催化性能

含大量有机染料的废水对环境的污染日益严重,光催化分离膜的研究备受关注。本研究先通过静电纺丝法制备了PVDF/PEMA膜,后进行酸处理制备出富羧基PVDF纤维复合膜,最后通过水热反应在膜表面原位沉积TiO_(2)@MoS_(2)微纳米颗粒,制备出在太阳光下具有较高催化活性的PVDF/TiO_(2)@MoS_(2)纤维复合膜。结果表明MoS_(2)的加入可以有效降低纤维复合膜禁带带隙能量,从而提高纤维复合膜的光催化活性;在光照4 h后对RhB的降解率达到97.1%;连续5次吸附-降解实验,纤维复合膜对RhB的降解率仍达到95%以上,表明该纤维复合膜具有优异的可重复使用性。因此,该膜在染料降解方面具有潜在的应用前景。

纳米TiO_(2)对NH_(3)-H_(2)O-LiBr工质降膜吸收性能的影响

为了探讨纳米TiO_(2)对三元NH_(3)-H_(2)O-LiBr工质降膜吸收的影响,本文利用数值分析建立了三元工作流体薄膜吸收的连续方程、能量方程和组分质量平衡方程,采用Matlab软件进行编程和计算纳米流体的降膜吸收性能,将其与实验数据进行对比验证,并进一步分析了纳米TiO_(2)质量分数、初始氨浓度、初始温度、冷却水进口温度、吸收压力和下降薄膜管长度对薄膜吸收性能的影响。研究表明:添加纳米TiO_(2)可以增强降膜吸收的传质速率,主要原因为液膜中氨的扩散系数增加。当纳米TiO_(2)质量分数从0%增加到0.1%、0.3%和0.5%时,扩散系数分别增加了3.44倍、6.42倍和11.76倍。此外,增加初始氨浓度、降低初始温度、提高冷却水进口温度或降低吸收压力都可以提高最终溶液的饱和度。

原位合成MoS_(2)/TiO_(2)复合膜层的减磨机理

通过研究MoS_(2)/TiO_(2)复合膜层与金刚石磨球摩擦界面的相互作用及摩擦过程界面位错变化,揭示原位合成MoS_(2)/TiO_(2)复合膜层的减磨机理。结果显示:原位合成的MoS_(2)/TiO_(2)复合膜层在分子动力学模拟摩擦过程中磨屑原子分散堆积在膜层表面,减小了膜层所受切向应力,并将应力分散到膜层,从而缓解磨痕处应力集中。MoS_(2)-S10%膜层原子堆积最少,摩擦因数稳定在0.2左右,具有良好的摩擦性能;由于摩擦过程中膜层表面形成MoS_(2)润滑膜,该膜在受到破坏后下层MoS_(2)逐渐向上迁移修复该膜,使膜层保持低摩擦因数,因而MoS_(2)-S10%膜层具有较好的减磨性能。同时,原位合成的MoS_(2)/TiO_(2)界面为非共格界面,可以湮灭位错降低位错密度,促进位错运动,从而提高膜层的减磨性能。该研究结果为揭示减磨材料减磨机理提供了新思路和新方法。

基于时域有限差分法的TiO_(2)纳米纤维膜光学数值模拟及优化设计

针对高太阳光反射率和低成本的材料开发需求,基于时域有限差分法模拟TiO_(2)纳米纤维膜中结构参数对膜材料反射性能的影响规律,结果表明:当TiO_(2)纳米纤维直径为300nm时,材料具有最优的宽带散射性能,其太阳光波段内的积分散射率为2.462;太阳光反射率与纤维膜厚度呈正相关,当纤维膜厚度增至150μm时,膜材料具有优异的太阳光反射性能。通过调控静电纺丝工艺参数和纺丝时间,制备出不同纤维直径和不同厚度的TiO_(2)纳米纤维膜材料。膜材料的太阳光反射率测试结果表明:当所制备的TiO_(2)纳米纤维平均直径为293.2nm、膜厚度为155μm时,膜材料具有高太阳光反射率(94.50%)。

等离子体电解氧化法制备多孔TiO_(2)/V_(2)O_(5)复合物膜层及其增强光催化产氢活性

较差的光催化产氢效率极大地阻碍了TiO_(2)光催化剂的工业化应用。为此,本文在含有NH_(4)VO_(3)的磷酸盐溶液中,采用等离子体电解氧化(PEO)法制备了多孔TiO_(2)/V_(2)O_(5)复合膜光催化剂,通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子谱(XPS)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对其组成、结构及光吸收性质进行了表征,并采用气相色谱评价了薄膜催化剂的光催化产氢性能,研究了电解液中NH_(4)VO_(3)含量对膜的结构、组成和光催化产氢性能的影响。结果表明:复合膜催化剂主要由锐钛矿和金红石型TiO_(2)组成,具有微孔结构,V_(2)O_(5)主要以无定形形式存在于膜中,与TiO_(2)有很强的相互作用,影响TiO_(2)的晶面间距。研究发现,元素V抑制了TiO_(2)的结晶和金红石型TiO_(2)的形成,扩大了薄膜的光学吸收范围。针对Na_(2)S+Na_(2)SO_(3)溶液中的光催化产氢性能的研究显示,在质量浓度为1 g/L NH_(4)VO_(3)的电解液中制备的TiO_(2)/V_(2)O_(5)薄膜的光催化活性最高,优于近年来报道的其他光催化剂。光催化重复实验表明,该复合膜催化剂具有较高的稳定性和较为恒定的光催化活性。

玻纤负载TiO_(2)/g-C_(3)N_(4)光催化膜的制备及降解染料性能

为解决光催化剂效率不高、粉末难回收且易造成二次污染等问题,采用浸渍法制备了玻璃纤维负载TiO_(2)/gC_(3)N_(4)光催化膜(命名为TCNGF)。TiO_(2)和g-C_(3)N_(4)纳米颗粒通过静电自组装在玻璃纤维表面形成了均匀无裂痕的薄膜,重量法测得催化剂负载量(质量分数)为4%。降解实验结果表明:以TCNGF为催化剂,在模拟太阳光下,10 mg/L的罗丹明B(RhB)溶液在40 min的降解率达到98%,4次循环降解实验的脱色降解率均高于99%,且溶液中无絮状沉淀产生,表明催化剂优异的催化活性、附着牢度和循环稳定性。催化结果表明:适量提高TiO_(2)和g-C_(3)N_(4)的质量比,催化膜内异质结量增多,促使光生活性自由基增多,染料降解速率增快;初始染料浓度对TCNGF光催化降解性能无明显影响。自由基捕获实验证明:超氧自由基(·O_(2)~-)和羟基自由基(·OH)在光催化反应过程中为主要活性物种;光催化反应机理研究表明,TCNGF属于Z型光催化体系。

Cu/SiO_(2)/TiO_(2)纳米碗阵列电极的构建及其等离激元光解水性能

利用纳米金属的等离激元共振效应可提高光解水效率,但金属Cu易氧化且Cu/TiO_(2)界面间热电子传递过程复杂。本项研究制备了分层的Cu/TiO_(2)纳米碗阵列并在界面间引入SiO_(2)中间层(10~15 nm),实验和模拟相结合研究了光解水性能和等离激元共振效应的作用机制。结果表明:Cu/TiO_(2)中Cu被氧化形成的Cu_2O薄膜虽能协助热电子的注入,但对Cu的吸光性有抑制作用;加入SiO_(2)中间层后可增强光吸收和阻隔热电子迁移,且等离激元能量转移作用促使更多的光生电子与空穴对的生成,因此Cu/SiO_(2)/TiO_(2)纳米碗阵列的光电性能相对提高。

电压对含锌电解液微弧氧化TiO_(2)膜结构和性能的影响

以纯钛(TA4)为原料,用含乙酸锌电解液制备微弧氧化(MAO)TiO_(2)膜,探究不同电压对膜的表面结构、亲水性、耐腐蚀性和抗菌性能的影响。结果表明,MAO处理后,涂层表现出多孔结构,主要由Ti相、锐钛矿和金红石TiO_(2)相组成。随着电压的升高,膜层中金红石TiO_(2)相增加,膜层上的微孔平均直径增加,孔隙率减小。所有膜层表现出良好的亲水性,与纯钛板相比,所有膜层均具有良好的抗菌性能,其中400V条件下形成的MAO涂层的抗菌性能最好,达到91%,并且其耐腐蚀性最强。综上所述,当MAO电压为400V时,制备的膜层综合性能最好。

以介孔TiO_2膜为过渡层在玻璃基底上制备Cu_3(BTC)_2连续膜

通过在玻璃基底上预先制备一层介孔TiO_2膜作为过渡层用于制备完整的Cu_3(BTC)_2(BTC:1,3,5-苯三甲酸)连续膜。场发射(FESEM)图像显示由此制得的Cu_3(BTC)_2膜在TiO_2/玻璃基底上是致密且连续,膜厚度为200 nm左右。相比之下,Cu_3(BTC)_2晶粒在空白玻璃基底上较难成核并生长,不能形成连续膜,而在无孔TiO_2/玻璃基底上,Cu_3(BTC)_2晶粒与在介孔TiO_2/玻璃基底上一样能够形成典型的八面体Cu_3(BTC)_2但不能形成连续膜。由于介孔TiO_2膜过渡层的存在,Cu_3(BTC)_2晶粒可以与基底结合紧密,经30 min超声波测试后,在介孔TiO_2/玻璃基底上的Cu_3(BTC)_2膜仍然能保持连续且完整形貌,而在空白玻璃基底上的Cu_3(BTC)_2晶粒完全脱落。推断介孔TiO_2的表面性质有利于Cu_3(BTC)_2晶粒的成核,而介孔TiO_2膜的多孔结构可以促进Cu_3(BTC)_2晶粒形成连续的薄膜:介孔TiO_2膜过渡层在Cu_3(BTC)_2膜与玻璃基底间扮演了类似桥梁的重要角色。

溶胶中Ti和Si物质的量比对TiO_(2)-SiO_(2)涂膜耐腐蚀性的影响

为提升20^(#)钢板的耐腐蚀性,采用溶胶凝胶法在20^(#)钢板表面制备了TiO_(2)-SiO_(2)涂膜,研究了溶胶中Ti与Si物质的量比对涂膜制备及其耐腐蚀性的影响规律。通过激光共聚焦显微镜、扫描电镜观察涂膜的表面微观结构,通过X射线衍射表征涂膜的晶体结构,采用能谱仪测定涂膜表面化学成分,通过紫外-可见吸收光谱表征涂膜对亚甲基蓝的降解作用等。结果表明:溶胶中Ti与Si物质的量比对20^(#)钢板表面润湿性、有机物降解性和耐腐蚀性的影响很大。随着TiO_(2)-SiO_(2)涂膜中SiO_(2)成分的增加,材料由亲水性向疏水性转变,同时其耐腐蚀性提升,当溶胶中Ti与Si物质的量比为1∶1时,制备的TiO_(2)-SiO_(2)涂膜拥有最优的耐腐蚀能力,经95℃的3.5%NaCl溶液浸泡48 h后,涂覆有TiO_(2)-SiO_(2)膜层的20^(#)钢样品未被腐蚀,几乎保持浸泡前的形貌。

还原氧化石墨烯/TiO_(2)纳米线复合膜的制备及对Cu^(2+)吸附性的影响

以石墨烯和自制TiO_(2)粉末为原料,通过两步水热法联合真空抽滤法制备还原氧化石墨烯/TiO_(2)纳米线(rGO/TiO_(2) NWs)复合膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱对rGO/TiO_(2) NWs复合膜的形貌、结构进行表征。研究结果表明,还原氧化石墨烯和TiO_(2) NWs成功地复合在一起,复合材料中TiO_(2) NWs分散性较好。Cu^(2+)吸附实验结果表明,复合材料中TiO_(2) NWs所占比例、pH值是影响Cu^(2+)吸附效果的重要因素,研究复合材料对Cu^(2+)的吸附效果应该在pH值为6.0的近中性环境。其中TiO_(2) NWs含量为50%时,复合膜对Cu^(2+)的吸附量最高,达到rGO薄膜的4倍。复合薄膜有较好的吸附稳定性,重复使用5次后,吸附率是原吸附量的91%。

PEG/GO/TiO_(2)纳米复合材料改性PVDF膜的制备及其抗污性能

为改善聚偏氟乙烯(PVDF)膜的抗污性能,以聚乙二醇2000接枝的GO/TiO_(2)(PEG/GO/TiO_(2))纳米复合材料为添加剂,通过非溶剂诱导沉淀相分离法制备了一系列PEG/GO/TiO_(2)/PVDF复合超滤膜。采用FTIR、SEM和接触角测试仪对其结构和形貌进行了表征,采用超滤法评价其纯水通量和抗污性能。结果表明,当PEG/GO/TiO_(2)纳米复合材料质量分数为0.60%时,制备的PEG/GO/TiO_(2)/PVDF复合超滤膜(记为0.60%PEG/GO/TiO_(2)/PVDF)表现出最佳的亲水性和抗污性能,其接触角比PVDF膜下降8.2°,总孔隙率增加13.40%,PEG/GO/TiO_(2)纳米复合材料在PVDF膜中分散较均匀。在0.08 MPa的工作压力下,0.60%PEG/GO/TiO_(2)/PVDF的纯水通量高达282.44 L/(m^(2)·h),对腐植酸溶液的过滤通量为131.96 L/(m^(2)·h),水力清洗后的纯水通量为194.98 L/(m^(2)·h),分别为PVDF膜[133.80 L/(m^(2)·h)、90.50 L/(m^(2)·h)、109.57 L/(m^(2)·h)]的2.1倍、1.5倍和1.8倍。因此,PEG/GO/TiO_(2)纳米复合材料作为一种有效添加剂显著提高了PVDF膜的抗污性能。

Cu、N共掺杂TiO_(2)纳米管光催化重整甘油制备合成气

通过碱性水热-离子交换法制备了Cu、N共掺杂TiO_(2)纳米管(Cu/N-TNT),对其光催化重整甘油制备合成气性能进行了研究。结果表明,Cu/N-TNT具有富含氧空位(O_(v))的管状结构,N以Ti-N形式取代部分O形成杂质能级,Cu以Cu^(2+)形式掺杂在催化剂晶格间隙和表面,Cu、N共掺杂促进TiO_(2)表面电荷有效分离,有利于其光催化重整甘油制备合成气活性和选择性的提高。紫外光照射8h时,掺Cu量为0.15%的Cu/N-TNT催化剂上CO和H_(2)产量分别为7.3和8.5 mmol·g^(-1),是原始TiO_(2)的9.1和70.8倍,nH_(2)/nCO从0.52提高为1.18,nCO/nCO_(2)从0.21提高至0.42。Cu/N-TNT表面N和OV为醛类脱羰和甲酸脱水生成CO提供反应活性位点,Cu作为浅势阱提高光生电子-空穴分离效率。光生空穴(h+)是光催化重整甘油制备合成气过程中的主要活性物种,大量经基自由基(·OH)和超氧自由基(·O_(2)-)会导致甘油过度氧化,使CO选择性降低。

可降解型PHBV/PBAT/TiO_(2)抗菌纳米纤维膜制备

为制备一种可生物降解型抗菌纳米纤维膜,对PHBV与PBAT混纺纺丝液的质量分数和质量比以及加入抗菌剂纳米TiO_(2)的质量分数进行探究。通过扫描电子显微镜、傅立叶红外光谱、差示扫描量热分析、力学性能测试和亲水性能测试,结果表明,PHBV/PBAT质量比为50∶50、质量分数为13.0%时纳米纤维膜具有良好纤维形态并具备一定的力学性能和疏水性。其中添加1.0%的TiO_(2)的PHBV/PBAT/TiO_(2)纳米纤维膜的断裂伸长率由137.5%增加到203.1%,并且疏水性显著提高。抗菌结果表明,其具有优异的抗菌性能,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率高达98.0%以上。

Cu-TiO_(2)催化剂模拟太阳光光催化降解环丙沙星

通过简易水热法—微波法制备了Cu掺杂TiO_(2)催化剂复合光催化材料(Cu-TiO_(2)),利用扫描电子显微镜(SEM)研究Cu-TiO_(2)光催化剂微观形貌,同时考察环丙沙星(CIP)废水初始浓度、初始p H值、Cu掺杂量和催化剂投加量对光催化降解CIP废水效率的影响。结果表明,所制备的Cu-TiO_(2)催化剂具有形貌均匀,为球形结构,直径为10μm。当CIP初始浓度为20 mg/L、初始pH为7、Cu掺杂量为3%时、催化剂投加量为30 mg/L,可见光照射120 min时,Cu-TiO_(2)对CIP的降解效率约为95.7%。

CuO/TiO_(2)负载型催化剂的制备、拉曼光谱表征及催化CO氧化反应性质评价

通过设计包含催化剂制备、仪器表征和性质研究一体的综合实验,可以加深学生对催化化学的认识,使得传统理论催化教学更加立体化。本综合实验包括使用沉积-沉淀法制备CuO/TiO_(2)催化剂,使用拉曼光谱对催化剂结构进行物相分析,以及评价该催化剂催化CO氧化反应的性能三方面内容,使学生建立起化学材料“结构-性能”之间的初步认识,提升科研实践能力,为今后科研之路奠定基础。

TiO_(2)/SiO_(2)双层减反射镀膜玻璃的制备

利用膜层设计软件TFCalc提供理论指导,设计出一种glass/TiO_(2)/SiO_(2)/air双层膜系结构,通过溶胶-凝胶法分别制备TiO_(2)和SiO_(2)溶胶。探究溶胶体系中不同水钛比、pH等对TiO_(2)膜层折射率的影响,在水钛比为3.5∶1,pH为2.5时,TiO_(2)膜层折射率为1.85,与SiO_(2)膜层的折射率最适配。结合二次镀膜前固化炉的炉丝0~200℃上下加热方式等工艺改进,制成的双层减反射镀膜玻璃在380~1100 nm区间平均透过率达94.38%,560 nm处最高可达94.8%,相对单层SiO_(2)膜玻璃有明显的提高。

TiO_2/Steel/Cu复合转盘液膜反应器对染料活性艳红X-3B的脱色研究

在TiO_2/Ti-Cu双转盘液膜反应器基础上进行改进,研究制备了以不锈钢为基底的TiO_2/Steel/Cu复合转盘液膜反应器(CRPC-Steel),用于对染料活性艳红X-3B的脱色研究,并对脱色条件进行了优化。结果表明:CRPC-Steel在酸性条件下处理50 mg/L活性艳红X-3B 30 min,脱色率可达86.9%,较TiO_2/Steel单转盘提高了64.4%,也优于TiO_2/Ti-Cu双转盘液膜反应器。最佳脱色条件为:初始浓度为20 mg/L,pH=2.5,Na_2SO_4为2.0 g/L,转速为60 rpm。改进的CRPC-Steel降低了反应器成本、简化了实验装置、初步克服了不锈钢基底不耐酸的缺点,为该技术的工程应用奠定了进一步的研究基础。

酸性食品模拟液中PET/TiO_(2)复合膜中TiO_(2)的迁移机理

PET/TiO_(2)复合膜是一种食品包装覆膜铁罐的表面膜,在包装食品时与食品接触,其中TiO_(2)向包装食品中的迁移机理,是评价其作为食品包装安全性的重要依据。在酸性食品模拟液中,TiO_(2)的迁移速率相对较高,通过AFM、SEM及TEM的分析测试确定迁移机理。结果表明:复合膜中TiO_(2)不仅会以离子溶解扩散的方式迁移,而且还存在表面解吸与聚合物降解的迁移,导致迁移液中TiO_(2)和PET降解物质共存。