0 前言
紡織品在日常應(yīng)用中易被沾污,需要經(jīng)常清洗,但在此過(guò)程中,不同織物間會(huì)再次發(fā)生沾污,且洗滌廢水也會(huì)給環(huán)境帶來(lái)二次污染。早在2O世紀(jì)9O年代,人們就開(kāi)始關(guān)注紡織品的衛(wèi)生功能,開(kāi)發(fā)出具有環(huán)保自潔功能的織物[l,2]?；诠獯呋夹g(shù)的自清潔材料對(duì)有機(jī)物的光降解特性,將其施于紡織品,通過(guò)吸收光能,將有機(jī)物礦化為無(wú)機(jī)小分子,使紡織品具有自清潔功能[3,4]。
納米二氧化鈦(Ti02)是一種性質(zhì)穩(wěn)定,無(wú)二次污染和化學(xué)活性高的無(wú)機(jī)納米材料,在空氣凈化、衛(wèi)生保健和廢水處理等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[5]。為了提高Ti02光催化劑的催化活性和對(duì)可見(jiàn)光的利用率,許多研究者對(duì)其進(jìn)行摻雜改性研究。稀土元素具有較大的離子半徑,難以進(jìn)入Ti02晶格,而主要存在Ti02表面,且具有未充滿(mǎn)的4f電子層結(jié)構(gòu),可產(chǎn)生多種電子能級(jí),抑制晶粒生長(zhǎng),降低帶隙能,從而提高光催化反應(yīng)效率[6]。
本研究采用溶膠-凝膠法制備稀土離子銩(Tm)摻雜Ti02溶膠,并用于棉織物整理。在波長(zhǎng)400-780 nm的光照條件下,通過(guò)降解織物上的有機(jī)污物,考察整理后棉織物的光催化自清潔性能。
1 試驗(yàn)
1.1 材料與儀器
織物 25tex×25tex純棉漂白機(jī)織布。
試劑 鈦酸四丁酯(CR),無(wú)水乙醇(AR),鹽酸(AR)(以上試劑均由國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供);氧化銩(AR)淄博偉杰稀土有限公司);辣椒紅素(E60,汕頭市明德食品添加劑有限公司)。
儀器 X-Rite 8400型電腦測(cè)色配色系統(tǒng)(美國(guó)愛(ài)色麗公司),85-2A型恒溫磁力加熱攪拌器(江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司),24A-1型振蕩水浴鍋(臺(tái)灣瑞比試色機(jī)有限公司),SW-8型耐洗色牢度儀(溫州大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠),YG 026A型電子織物強(qiáng)力機(jī)(常州金松紡織儀器有限公司),可見(jiàn)光光催化反應(yīng)器(自制,由密封箱和標(biāo)準(zhǔn)三基色熒光燈組成)。
1.2 Tm/TiO2溶膠的制備
采用溶膠-凝膠法制備光催化劑樣品。室溫,向錐形瓶中加入蒸餾水,滴加鹽酸,使溶液pH值為2-3。將氧化銩用適量鹽酸溶解,得TmCl3溶液,Tm離子濃度為2g/L。在磁力攪拌器強(qiáng)烈攪拌下,向4mL乙醇中緩慢滴加8mL鈦酸四正丁酯,制成混合液A。
將TmCl3溶液及溶液A緩緩滴入鹽酸溶液中,攪拌30min,得到均勻透明溶膠。將溶膠于40℃振蕩水浴鍋中振蕩2h,然后在室溫下密封陳化一定時(shí)間。
1.3 棉織物整理工藝
棉織物凈洗(凈洗劑1g/L,100℃×lO min)→去離子水清洗→烘干(60℃)→浸漬Tm/TiO2溶膠(室溫)→攪拌(10min)→預(yù)烘(60℃×5min)→焙烘(120℃×3min)
1.4 測(cè)試方法
1.4.1 光催化性能
為便于觀察,選擇合適的有色有機(jī)物(辣椒紅素)作為污漬,對(duì)織物原樣和整理樣進(jìn)行測(cè)試。光催化降解試驗(yàn)在自制的光照反應(yīng)器中進(jìn)行,采用標(biāo)準(zhǔn)三基色熒光燈照射,波長(zhǎng)400-780nm。用棉織物相對(duì)Κ/S值的變化來(lái)表征降解過(guò)程中辣椒紅素濃度的變化。
將織物在辣椒紅素污染液中浸1min,取出,60℃烘干,測(cè)試其K/S值。將溶膠整理前后的棉織物平鋪在潔凈工作臺(tái)上,距離光源20cm,每隔一定時(shí)間進(jìn)行取樣,測(cè)試其在最大吸收波長(zhǎng)45Onm下的K/S值。光催化降解率按式(1)計(jì)算:
降解率=
(K/S)0 - (K/S)t
×100% (1)
(K/S)0
式中: (K/S)0 ——光照前織物上辣椒紅素K/S值;
(K/S)t ———光照t時(shí)織物上辣椒紅素K/S值。
1.4.2 耐冼性
按GB/T3921.3-1997《紡織品耐洗色牢度實(shí)驗(yàn)方法》進(jìn)行洗滌,然后測(cè)試洗滌數(shù)次后負(fù)載溶膠棉織物的光催化性能。
1.4.3 斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率
依據(jù)GB/T3923.1―1997《紡織品織物拉伸性能:斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定條樣法》,采用YG 026A型電子織物強(qiáng)力機(jī)測(cè)定棉織物經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力和伸長(zhǎng)率。試驗(yàn)長(zhǎng)度200mm,拉伸速度100mm/min,斷裂余值8O%,修正系數(shù)1。
2 結(jié)果與討論
2.1 工藝條件優(yōu)化
2.1.1 稀土離子摻雜量
圖1為T(mén)m/TiO2摩爾分?jǐn)?shù)比對(duì)污物降解率的影響, TiO2和Tm/ TiO2溶膠質(zhì)量濃度均為0.5g/L,可見(jiàn)光源強(qiáng)度為21.0 mW/cm2。
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圖1 稀土摻雜量對(duì)污物降解率的影響
由圖1可見(jiàn),未整理棉織物經(jīng)可見(jiàn)光照射210min后,污物降解率僅為20%左右,說(shuō)明污物中的辣椒紅素在可見(jiàn)光照射下相對(duì)穩(wěn)定。相同光照時(shí)間下,隨著溶膠中Tm摻雜量的增加,污物降解率提高;當(dāng)Tm摻雜摩爾分?jǐn)?shù)比為2%時(shí),經(jīng)可見(jiàn)光照射210min,其光催化降解率達(dá)到94%左右。這是因?yàn)閾诫s稀土金屬可以增加TiO2對(duì)污物的吸附,降低TiO2的帶隙能[7],并在其表面沉積形成原子簇,將光生電子與空穴分離,從而提高TiO2的光催化氧化活性。摻雜離子參與污物的降解反應(yīng),并可以改變其反應(yīng)途徑,加快其降解進(jìn)程。當(dāng)繼續(xù)增加Tm摻雜量時(shí), TiO2的光催化效率反而降低,這是因?yàn)檫^(guò)多的Tm離子也可能造成摻雜物質(zhì)過(guò)剩而溢出TiO2表面,成為新的電子-空穴復(fù)合中心;另一方面,Tm離子沉積在TiO2表面,形成一層稀土離子氧化物薄膜,阻礙了TiO2對(duì)光子的吸收,從而降低了光催化效率。
污物的降解是光催化和光敏化共同作用的結(jié)果。污物中的辣椒紅素是一種天然的類(lèi)胡蘿卜素,在光催化劑存在下,吸收可見(jiàn)光后會(huì)發(fā)生光敏化[8],故負(fù)載稀土Tm/TiO2溶膠的織物對(duì)辣椒紅素的降解率較高,而負(fù)載TiO2溶膠的織物對(duì)其也有一定程度的降解。以下試驗(yàn)中,選擇Tm摻雜摩爾分?jǐn)?shù)比為2%。
2.1.2 溶膠用量
在可見(jiàn)光強(qiáng)度21.0 mW/cm2,光照時(shí)間210min的條件下,采用陳化5d的Tm/ TiO2溶膠施于織物,探討溶膠施加量對(duì)污物降解率的影響,結(jié)果見(jiàn)圖2。
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