方振華，劉藝媛，程菀湑

（西安文理學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，環(huán)境污染問題也日漸突出[1]。光催化技術(shù)因其高效、無污染、可有效降解有機(jī)污染物而早已成為研究的熱點(diǎn)[2]。TiO2作為一種制備簡易、環(huán)境友好、反應(yīng)溫和、穩(wěn)定性好的光催化材料一直備受關(guān)注[3]。但納米TiO2粉末使用時(shí)易團(tuán)聚[4]。為了改善TiO2光催化劑的缺陷，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，本文采用溶膠-凝膠法制備了納米TiO2光催化劑粉體，并以聚乙烯醇和聚多巴胺為基體樹脂制備出TiO2薄膜，并對其光降解性能和耐水性進(jìn)行了測試。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

鈦酸正丁酯、NaOH，成都市科龍化工試劑廠；無水乙醇（天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）；HAc（天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠）；甲基橙、多巴胺，山東西亞化學(xué)股份有限公司。以上試劑均為分析純；聚乙烯醇（1750±50 天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠）。

YC-GHX-A 型光催化反應(yīng)儀（上海鄆曹電子科技有限公司）；TU-1901 型紫外-可見分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）。

1.2 納米TiO2 的制備

將35mL 無水乙醇緩慢滴入到10mL 鈦酸正丁酯中，室溫?cái)嚢?，記為溶液Ⅰ；?mL HAc、10mL 蒸餾水和35mL 無水乙醇混合后攪拌均勻，并用HAc 調(diào)節(jié)溶液pH 值至小于等于3，記為溶液Ⅱ。將溶液Ⅰ緩慢滴加到溶液Ⅱ中，攪拌均勻后得到淺黃色溶液，60℃下繼續(xù)攪拌1h 得淺黃色凝膠，過濾、干燥、冷卻、研磨成粉，放入馬弗爐中焙燒3h，冷卻后，研磨，得納米TiO2。

1.3 納米TiO2 光催化膜的制備

稱取0.02g 多巴胺加入到30mL 蒸餾水當(dāng)中，攪拌均勻后用2mol·L-1的NaOH 溶液調(diào)節(jié)pH 值至8～9，再加入1.2g 聚乙烯醇，90℃下攪拌分散均勻后，加入適量的納米TiO2粉體，攪拌均勻后倒入模具，干燥，制得納米TiO2光催化膜。

1.4 甲基橙光催化降解實(shí)驗(yàn)

將納米TiO2光催化膜裁剪成10mm×10mm 的試樣，分別將適量的TiO2粉末、納米TiO2光催化膜置于20mL 濃度為10mg·L-1的甲基橙溶液中，攪拌、超聲30min，打開光催化反應(yīng)儀中的500W 汞燈（波長為365nm）進(jìn)行光催化降解，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后移取反應(yīng)上清液3.0mL，用紫外-可見分光光度計(jì)測量甲基橙溶液的吸光度。

1.5 薄膜耐水性能測試

將TiO2光催化薄膜樣品烘干稱量后，放入蒸餾水中浸泡24h，取出后用濾紙將薄膜表面的水迅速擦去，再次稱重。薄膜的吸水率計(jì)算公式：

式中 m1：薄膜吸水后的質(zhì)量，g；m0：薄膜初始質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 甲基橙的降解效果

圖1 為納米TiO2光催化降解甲基橙時(shí)，甲基橙的降解率隨光照時(shí)間變化的關(guān)系曲線。

圖1 甲基橙降解率Fig.1 Degradation rate of methyl orange

由圖1 可知，隨著光照時(shí)間的延長，甲基橙的降解效果越好，光照30min 后，甲基橙的降解率為89.33%；光照60min 后，其降解率可達(dá)到93%。

2.2 TiO2 添加量對薄膜光催化甲基橙效果的影響

圖2 為其他條件保持不變的情況下，改變納米TiO2添加量后，TiO2光催化膜對甲基橙的光催化降解效果。

圖2 TiO2 添加量對薄膜降解性能的影響Fig.2 Effect of TiO2 addition content on the degradability of the films

由圖2 可知，隨著薄膜內(nèi)納米TiO2添加量的增加，薄膜的光催化性能依次增強(qiáng)，光降解后甲基橙溶液的吸光度依次減小。納米TiO2添加量為0.2g 時(shí)，制備的TiO2光催化膜的光催化效果最好。

2.3 TiO2 添加量對薄膜耐水性能的影響

圖3 為不同TiO2添加量薄膜樣品的耐水性實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖3 TiO2 添加量對薄膜耐水性的影響Fig.3 Effect of TiO2 addition content on the water resistance of the films

由圖3 可知，隨著薄膜內(nèi)TiO2添加量的增大，TiO2光催化薄膜在水中的吸水率逐漸降低，這可能是由于聚乙烯醇分子中含有大量的-OH，親水性較強(qiáng)，因此，薄膜的耐水性較差[5]。當(dāng)TiO2添加進(jìn)薄膜后，減弱了聚乙烯醇中-OH 與水接觸的機(jī)會，從而降低了薄膜的吸水率，提高了薄膜的耐水性。

3 結(jié)論

（1）光照時(shí)間越長，TiO2對甲基橙的降解效果越好，光照30min 后，甲基橙的降解率為89.33%；光照60min 后，其降解率為93%。納米TiO2添加量為0.2g時(shí)，制備的TiO2光催化膜的光催化效果最好。

（2）隨著TiO2添加量的增加，TiO2光催化膜的光催化性能逐漸增強(qiáng)，薄膜在水中的吸水率逐漸降低，耐水性逐漸增強(qiáng)。