氮掺杂纳米tio_改性涂料的制备及其可见光下voc降解性能研究_何荣亮

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------氮掺杂纳米TiO_2改性涂料的制备及其可见光下VOC降解性能研究_何荣亮氮掺杂纳米ＴｉＯ２改性涂料的制备及其可见光下VOC降解性能研究何荣亮，张小宁，韦　　，曹文斌（北京科技大学材料科学与工程学院无机非金属材料系，北京１０００８３）摘要：通过对自制氮掺杂锐钛矿型纳米二氧化钛光催化剂进行分散处理，并将其加入自制硅丙乳胶

2、涂料体系中，通过高速搅拌及砂磨技术使其均匀分散，制备出一种新型光催化建筑涂料。关键词：氮掺杂纳米ＴｉＯ２；光催化涂料；可见光；光降解文献标识码：Ａ文章编号：１００６－２５５６（２００６）１２－００３５－０３中图分类号：ＴＱ６３０．７＋１０　　前　言自１９７２年Ａ．　Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ　和Ｋ．　Ｈｏｎｄａ［１］发现了ｎ型半导体ＴｉＯ２电极上水的光电催化分解现象以来，多相光催化反应引起了科学家们极大的关注，从此各国展开了大量的光催化技术研究。目前，在多相光催化反应所应用的半导体催化剂中，Ｔ——————————

3、————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------ｉＯ２以其无毒、催化活性高、稳定性好以及抗氧化能力强等优点备受青睐，有望在环境污染治理、生物医药、太阳能利用等领域得到广泛应用。尤其是在高性能抗菌涂料的领域具有极大的应用前景和市场。但ＴｉＯ２带隙较宽（３．２ｅｖ），只能响应波长为＜３８７．５ｎｍ的紫外光（大约占

4、阳光的４％），对可见光（大约占阳光的４３％）无响应，严重制约了ＴｉＯ２光催化的实际应用能力。掺杂改性ＴｉＯ２使其在室内可见光源激发下产生光催化响应一直是该领域的研究的热点之一。目前，国内外研究者主要通过过渡金属掺杂、贵金属沉积、半导体复合等手段掺杂改性ＴｉＯ２。其以氮替代少量的晶格氧使中Ａｓａｈｉ［２］等人研究表明，在不降低紫外光下活性的同时，使ＴｉＯ２的带隙变窄，ＴｉＯ２具有较好的可见光活性。目前，以纳米ＴｉＯ２光催化抗菌剂加入传统涂料中的纳米改性涂料在美国、日本等发达国家都有了但需要采用紫外灯或者利用

5、阳一定规模的应用［３－５］，光中的紫外线作为光催化过程的激发源，光催化效果的发挥受到很大的制约［６］；能够在可见光下激发光催化活性的纳米复合涂料的相关报道还比较少［７～９］。本文以自制氮掺杂纳米ＴｉＯ２作为功能添加剂制研究了该涂料在室内自备了光催化纳米改性涂料［１０］。然光源照射下具有优良的抗菌能力［１１］，研究了这种涂料对紫外线的屏蔽吸收及其在室内自然光源照射下——————————————————————————————————————----------------------------------

6、--------------------------------------------------------------对ＶＯＣ降解的性能。１　　实验部分１．１　　实验原料所使用的自制氮掺杂纳米ＴｉＯ２为锐钛矿型；ＢＥＴ比表面积为１４４．９ｍ２／ｇ。图１是该粉体的ＴＥＭ照片。从图１可见纳米ＴｉＯ２晶粒度在１０～２０ｎｍ左右，晶粒呈等轴状，结晶良好。图２是掺氮纳米ＴｉＯ２粉体的ＸＰＳ图谱，由图２可以看出在３９６ｅｖ附近存Ｎ在明显的Ｎ１ｓ峰，Ａｓａｈｉ等人［２］认为在此情况下，粒子部分替代ＴｉＯ２晶格中的

7、氧离子，实现了氮掺杂。图１　掺氮纳米ＴｉＯ２粉体的ＴＥＭ图图２　掺氮纳米ＴｉＯ２粉体的ＸＰＳ图１．２　　纳米ＴｉＯ２改性涂料的制备改性涂料中氮掺杂纳米ＴｉＯ２参考前期工作［１０］，光催化剂含量确定为１％～５％（质量分数）；加入分散剂、消泡剂、润湿剂、成膜助剂和分散剂等，高速搅拌后加入颜填料，并加入消泡剂和润湿剂进行搅拌，随后在上述半成品中加入适量消泡剂和硅丙乳液，搅拌后加入适量增稠剂，调节ｐＨ值，将涂料调至合C中国涂料HINACOATINGS2006.12２　　结果与讨论—————————————————

8、—————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------２．１　紫外可见光吸收性能图３是ＮＴＰ１－ＮＴＰ５样品的ＵＶ－Ｖｉｓ漫反射扫描光谱图。图３中ＮＴＰ１－ＮＴＰ５分别表示添加１％～５％（质量分数）氮掺杂纳米ＴｉＯ２改性涂料样品。其中图３（ｂ）是图３