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TiO2-ZrO2复合膜的溶胶-凝胶法制备及光催化性能研究

发布时间:2020-01-19 浏览次数:1

近年来,有机污染废水(染料废水、含油废水等)对环境的污染越来越严重,对人类的生活和生命构成了严重威胁。因此,对有机污染废水进行处理和净化。在处理和净化有机污染废水的诸多工艺技术中,Ti2光催化法以其良好的光催化性能、稳定的物理/化学性能以及等优点引起越来越广泛的重视〔1〕。但Ti2存在量子效率低、禁带宽度大、回收难度高等缺陷〔2, 3〕。

根据半导体复合理论,当将2种半导体进行复合时,由于两者之间的能级差可以使光载流子在2种半导体之间转移,可降低电子与空穴之间的复合率〔4〕。由此,本研究提出通过溶胶-凝胶法,将Ti2与ZrO2 2种半导体进行复合制备成Ti2-ZrO2无机复合膜,这样既可以提高Ti2的光催化效率,又能有效地解决Ti2的回收难题。

1.1 Ti2-ZrO2无机复合膜的制备

基片预处理:首先将石英玻璃基片放入碱性洗液中充分洗涤,然后用清水冲洗,再分别用无水乙醇和去离子水声清洗数次,晾干,放入干燥箱中备用。

Ti2溶胶的制备:采用分步水解法,在磁力搅拌下,将无水乙醇、Ti(OBu)4、去离子水以及HCl按照物质的量比为25∶1∶4∶0.75逐滴加入到25 mL的烧杯中,并加入少量乙酰丙酮抑制Ti(OBu)4水解,搅拌4 h,然后在室温下陈化24 h.

ZrO2溶胶的制备:将12.88 g ZrOCl2·8H2O加入到25 mL无水乙醇中,在室温下机械搅拌30 min,然后加热到85 ℃并保持20 min,冷却至室温,即得到透明溶胶。

混合溶胶的制备:在磁力搅拌下将Ti2溶胶与ZrO2溶胶按照物质的量比为5∶1在50 mL的烧杯中进行混合,持续搅拌1 h. Ti2-ZrO2无机复合膜的制备:利用提拉法,在2.0 mm/s的提拉速度下,将混合溶胶涂覆在预处理好的石英玻璃基片(50 mm×50 mm)上。涂覆完毕后,置于烘箱中,在80 ℃下干燥12 h,然后在管式电阻炉中以3 ℃/min的升温速率升至500 ℃,恒温2 h,即得到Ti2-ZrO2无机复合膜。

1.2 光催化反应

取100 mL质量浓度为15 mg/L的甲基橙溶液加入到自制的光催化反应器中。控制反应温度为(30±1) ℃,将负载着无机膜的石英玻璃基片放入到100 mL甲基橙溶液中。以高压汞灯(200 W,λ=365 nm,北京电光源研究所)为紫外光源,进行光催化实验。在相同时间间隔内取5 mL试验溶液,用SP-752型紫外-可见分光光度计在460 nm处〔5〕测其吸光度,进而计算甲基橙的光催化降解率。

2 结果与讨论

2.1 Ti2薄膜与Ti2-ZrO2薄膜的FT-IR分析

利用Nexus 470型红外光谱测试仪对Ti2薄膜与Ti2-ZrO2薄膜进行红外光谱测试,结果如图 1所示。

 图 1 Ti2薄膜与Ti2-ZrO2薄膜的FT-IR

由图 1可以看出,对于Ti2薄膜,在606 cm-1处的吸收峰属于Ti-O键的振动吸收峰〔6, 7, 8〕。对于Ti2-ZrO2薄膜,在470 cm-1处的吸收峰属于 Zr-O-Zr伸缩振动峰〔9〕;由于ZrO2的加入,Ti-O键的振动吸收峰发生了偏移,位于647 cm-1处〔6, 7, 8〕。 1 630 cm-1处的吸收峰属于H2O分子的弯曲振动峰〔10〕,这可能是因为无机膜吸收了空气中的水分。 2 337 cm-1处的吸收峰属于空气中CO2的特征吸收峰〔11〕。由FT-IR结果可知,Ti2与ZrO2被成功地制备成无机复合膜。

2.2 Ti2薄膜与Ti2-ZrO2薄膜的断面SEM分析

使用JEM-2100F型扫描电子显微镜对Ti2薄膜以及Ti2-ZrO2薄膜的断面进行了考察,结果如图 2所示。

  
图 2 Ti2薄膜与Ti2-ZrO2薄膜的断面SEM
a-Ti2薄膜;b-Ti2-ZrO2薄膜。

由图 2可知,无机膜均匀地分布在石英玻璃基片上。Ti2无机薄膜的厚度为181.5 nm,而Ti2-ZrO2无机复合薄膜的厚度为213.7 nm.由此可知,用ZrO2对Ti2薄膜进行复合,会增大无机膜的厚度,增强其机械性能。

2.3 Ti2薄膜与Ti2-ZrO2薄膜的透射率分析

使用CARY500型紫外可见近红外分光光度计,于25 ℃下,在190~1 100 nm的波长范围内对Ti2薄膜以及Ti2-ZrO2薄膜进行透射率测试,结果如图 3所示。

 图 3 Ti2薄膜与Ti2-ZrO2薄膜的透射率

由图 3可知,在波长<280 nm时,两者的透射率都几乎为零;在波长为280~560 nm范围内时,Ti2-ZrO2薄膜的透射率要高于Ti2薄膜;在波长为560~740 nm范围内时,Ti2薄膜的透射率要高于Ti2-ZrO2薄膜;在波长为740~1 100 nm范围内时,Ti2-ZrO2薄膜的透射率要高于Ti2薄膜。在紫外、部分可见光、近红外波长范围内,Ti2-ZrO2薄膜的透射率要高于Ti2薄膜,这是因为在上述范围内ZrO2的透射率要高于Ti2〔12〕。

2.4 Ti2薄膜与Ti2-ZrO2薄膜的光催化性能研究

为考察所制备的无机复合膜的光催化性能,分别对不含无机膜的甲基橙溶液、含有Ti2无机膜(500 ℃煅烧)的甲基橙溶液、含有Ti2-ZrO2无机复合膜(500 ℃煅烧)的甲基橙溶液进行紫外光催化降解甲基橙的实验,结果如图 4所示。

 图 4 Ti2薄膜与Ti2-ZrO2薄膜的光催化性能

由图 4可以看出,在空白实验中,尽管不存在Ti2薄膜,但仍有的降解率,这是因为紫外灯的照射也能使甲基橙降解。在15、30、45、60、75、90 min时,Ti2无机膜(500 ℃煅烧)/Ti2-ZrO2无机复合膜(500 ℃煅烧)对甲基橙的降解率分别为17%/32%、 32%/64%、43%/78%、54%/86%、66%/91%、78%/ 95%.由光催化实验结果可知,Ti2-ZrO2无机复合膜的光催化性能明显优于Ti2无机膜。这首先是因为在365 nm 波长处,Ti2-ZrO2无机复合膜的透光性能要优于Ti2无机膜,这能多的光线参与到光催化反应中。其次是因为Ti2与ZrO2复合并煅烧后,材料内部形成了异质结构,其光化学、光物理方面的性质都发生了很大的变化。在光催化反应过程中,Ti2中的光诱导电子转移到ZrO2导带中,降低了电子-空穴的复合几率,提高了材料的电荷分离效果,从而有效地提高了Ti2的光催化性能。

3 结论

本实验通过溶胶-凝胶法与提拉法制备出Ti2-ZrO2无机复合膜。红外光谱分析结果表明,Ti2与ZrO2成功进行了复合。无机膜的断面SEM结果表明,用ZrO2对Ti2薄膜进行复合可增大无机膜的厚度,使其机械性能增强。透射率测试结果表明,Ti2-ZrO2薄膜的透光性要优于Ti2薄膜,这也有利于提高光催化性能。光催化性能实验结果表明,紫外灯对甲基橙有的降解作用,Ti2-ZrO2薄膜的光催化效果明显强于Ti2薄膜。

综上所述,通过溶胶-凝胶法将Ti2与ZrO2制备成无机复合膜后,其光催化效果得到了明显提高,而且还解决了Ti2粒子不易回收、易造成二次污染的难题。溶胶-凝胶法制备的Ti2-ZrO2无机复合膜在光催化处理水中有机污染物领域拥有广阔的应用前景。


      科技的发展带动仪器的新,所以现在除尘器的种类有很多。其中布袋除尘器的优点相比其他除尘器的优点在于何处?下面给大家说一说。  若干年前,电除尘因其除尘效率高、阻力小、耐高温、、连续工作等优点占尽先机,是部力推的产品,但近年来发现电除尘后期维护费用过高,维护保养技术难度大,由厂家进行,甚至达到用户难以承受的地步,在实际生产过程中给许多用户造成了尴尬的局面。而后衍生了一种新产品,电、袋一体复合除尘器,其实这种产品只是个别用户花了巨资采购电除尘使用一年后难以维护时,在没有办法向老板交待的情况下,利用电除尘器的外壳,改成袋式除尘器的一种折中的方案,糊弄老板的办法。  近年来,由于技术的不断进步,袋式除尘器已完成PLC全自动控制,连续工作,不停机维护保养等,布袋已能克服高温、腐蚀问题,支撑骨架采用不锈钢或有机硅处理也能克服高温和腐蚀,关键是后期维护省力省时简单,由用户自己掌控,不受生产厂商的制约。因此,袋式除尘器在流化床锅炉的使用上重出江湖,并广泛使用,优势已远远越电除尘。该选哪一种,自己判断。  关于布袋选择方面,主要是材质,而不是形势,常规的用PPS材质就行了,如果真有钱,买进口的好,太贵,要有心理准备。关键是要选覆膜的。好不用褶皱的,尽量避免布袋褶皱,选褶皱的在采购时貌容省钱了,但易烂,要小心。尽量使骨架与布袋的配合紧密,减少布袋的变形量以延长布袋寿命。  具体吗?但愿能帮到你!都不容易呀!  现代循环流化床锅炉由于设置了旋风分离器等设备,烟气到达锅炉尾部烟道时一般不会有火星进入布袋除尘器,主要是要防止烘炉期间的油烟气进入除尘器,这时需要在尾部烟道设置挡板将烟道关闭,让油烟气经临时烟道排放。  看煤种,用电除尘还是布袋除尘好,布袋以易清理为佳。  布袋除尘比电除尘好,而褶皱布袋又比普通圆形布袋要好。别再问为什么,不信咱们走着瞧  采用褶皱布袋改造和新建除尘器较现行普通圆布袋除尘器优势:  从经济角度分析:  1. 普通布袋扩容改造需要增加土建基础,增加占地面积,使本来就不宽敞的场地变得加狭小,甚至某些企业受场地局限,给改造带来了很大的麻烦,且得到的改造成果并不理想,而褶皱布袋的改造仅需要在原有的设备上对布袋及笼骨进行换即可,无需改变现场任何布局。  2.  普通布袋改造需要停产,并拆除原有设备的壳体、保温层、管道、钢架等一系列相关本不的工作量,且任何设备的拆解必将对原有设备的结构平衡造成破坏,而褶皱布袋的改造仅需要在原有的设备上对布袋及笼骨进行换即可,不会对设备的任何结构性部分进行改动和破坏。且普通布袋改造的停产要求对很多企业经济效益损失巨大,也是改造成本的一个重要组成部分;褶皱布袋施工周期短,不需要停产,仅仅是周期性换的常规工作量,至少可以较普通布袋改造缩短3-5倍以上的时间。  3.  普通布袋的改造通过增加袋子的数量或者长度来得以实现过滤面积的增加,设备改造复杂,且投入成本高,改造周期长;地基、壳体、喷吹管、气包、脉冲阀等都需要进行增加和改造;相同尺寸的褶皱布袋可根据实际产能的需求,直接提高1.5-2.5倍以上的过滤面积,无需增加任何设备的改造成本。  4.  普通布袋由于过滤面积、沉降空间、有效袋间距等较褶皱布袋均相对偏低,造成压差增大,电磁脉冲反吹阀喷吹频繁,滤袋与龙骨之间的摩擦次数直线升高,给破袋漏粉带来了很大的可能;因为喷吹次数的增加,电磁脉冲阀片的使用寿命大大降低,压缩空气的耗用量也会持续性的高于褶皱布袋,后期运维将是一个很大的隐形成本。  5.  普通布袋的改造只是简单的从除尘器侧面或高度进行扩容,改造后效果不够明显,存在隐患,气流分布会不均匀,也无法有足够的沉降空间;而褶皱布袋的改造大部分客户并不需要把过滤面积翻一倍,那么褶皱滤袋可以做的较圆布袋短,仓室下部留出足够的沉降空间,气流分布,进风口含尘气体对袋底的冲击明显降低,滤袋负荷均匀,而且起到了预沉降的作用,且过滤面积的有效增加,降低了压差,除尘器整体性能提高,排放可以得到有效的控制,滤袋的使用寿命也能得到有效的延长,给企业带来的经济价值。  6.  普通布袋改造除尘器技术风险高,投入成本大,且改造失败后很难进行二次改造和恢复原状;扩容后系统维护成本(能耗、辅助设备、零件和人工)会明显升高;褶皱布袋几乎不存在改造的风险问题,系统维护成本(能耗、辅助设备、零件和人工)显著下降,保守计算可以在原来的基础上降低30%左右,且这个收益是长期持续的。  7.  新设备配套:褶皱布袋较圆布袋可有效增加1倍左右的过滤面积,在同性能的新设备的配套使用时至少可以将设备壳体减小40%以上,相关配套的电磁脉冲阀、喷吹管等都相应减少;占地面积也相应减少;经测算,根据选型的不同,综合造价较普通圆布袋可节约20%-30%左右;由于除尘器都是壳体相对较大的器件,从物流运输成本测算,较同性能的普通圆布袋除尘器的运输成本可节约30%-40%。  从工艺角度分析:  1、气布比增加,降低运行阻力  利用褶皱式布袋替代普通圆布袋,由于过滤面积的大幅度增加,风量不变的情况下系统气布比(即过滤风速)按比例大幅度降低。在其他主要参数不变的情况下,与未改造的情况相比,气布比的降低,直接导致滤料本身的阻力(即除尘器的初始阻力)按线性关系下降,而由粉尘(滤饼)产生的阻力呈平方指数关系下降。  2、气流上升速度降低,有利于粉尘沉降  过滤面积的增加是通过向滤袋径向内部褶皱实现的,除尘器内部理论空间增加,在相同的风量情况下,气流上升速度成比例下降,粉尘沉降优化,清灰后二次扬尘大幅度。  3、脉冲喷吹效果  由于褶皱滤袋过滤面积的增加是通过向滤袋径向内部褶皱实现的,滤袋理论内径大幅度缩小,所需要的脉冲压缩气体并未因过滤面积的大幅度增加而增加,同等长度的滤袋,压缩空气用量反而减少;普通圆袋/椭圆袋在清灰时,压缩空气引入花板上方二次气流形成的冲击需要克服滤袋的负压将滤饼震掉完成清灰。脉冲气流消失后,布袋在负压作用下快速恢复原状开始下一个过滤周期。褶皱式布袋在同样的脉冲喷吹冲击作用下,由于褶皱布袋形态的设计的优势,滤袋径向整体向外产生微幅震动,并由中间定距间隔的束带平衡了所以扩张的力量,滤料不承受任何扩张的张力,大大降低了粉尘印滤料受张力扩张,纤维间隙增大而向滤料内部渗透的可能性,因此由于脉冲喷吹导致的瞬间排放得到了有效控制,且褶皱式布袋的表面相对不规则结构,使得滤饼容易破碎和分离。  4、脉冲喷吹周期延长  由于气布比的降低,系统的初始压差降低,动态阻力达到预定系统阻力上限(清灰阻力)的时间大幅度延长,因此系统的清灰周期大幅度延长,排放有效降低。  5、降低疲劳损伤,延长布袋使用寿命  滤袋不再承受脉冲喷吹对滤料的高压扩张和脉冲后滤料对龙骨的撞击,大大降低因此导致的排放和对滤料的疲劳损伤。清灰频率的降低也大幅度减少了滤袋的疲劳损伤。  6、降低笼骨与布袋磨损,延长使用寿命  本配套产品的笼骨是技术实现的关键因素,除了滤袋在运行中保持其形态外,结构较普通笼骨也加合理,没有横向支撑环,对布袋的疲劳损伤大大降低。  关于上面所说的,有关 布袋除尘器的优点相比其他除尘器有哪些?的相关知识就介绍到这里,如果还有其他疑问,可以到本公司的网站进行有关询问。 锅炉除尘 车间除尘 脱硫设备 车间除尘 车间除尘 车间除尘 锅炉除尘 车间除尘 脱硫设备 锅炉除尘