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近年来,多种化学外加剂已经广泛应用于民用建筑的施工中,其中尿素类混凝土防冻剂就是一种重要的化学外加剂,主要用于混凝土植被中,具有降低水的冰点和提高混凝土凝固速度的作用。但是在建筑完工后这种外加剂则残存于混凝土墙体中,在碱性和温暖环境中会发生持续的分解而释放氨气,已经导致了严重的室内氨污染,危害居住者的身体健康。为了控制室内氨污染,本论文将纺织化学与纳米TiO2光催化技术相结合,首先通过超声波方法制备了纳米TiO2水分散液,研究了聚乙二醇的分子量和加入量以及分散体系pH等因素与纳米TiO2水分散液稳定性的关系。然后利用纺织工业中常用的浸轧工艺或涂层工艺将纳米TiO2光催化剂负载于纤维织物如棉、涤纶、麻以及涤/棉混纺织物的表面,制备了纳米TiO2负载纤维织物。并且利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)和傅立叶红外光谱(FT-IR)等对其进行了表征。自行设计并制作了模拟室内氨气释放的小型环境舱和光催化反应器系统,并以此重点考察了纤维性能、纳米TiO2水分散液、添加剂、焙烘温度以及染色织物等制备工艺因素和反应器中辐射光、氨气初始浓度、相对湿度和进气速率等环境因素对纳米TiO2负载纤维织物的氨光催化净化性能的影响。此外,还通过光还原技术制备了TiO2-Ag复合光催化剂,并将其负载于纤维材料表面以提高纳米TiO2负载纤维织物特别是涤纶织物对氨的光催化净化性能。同时,选择活性翠蓝KNG和阳离子红2GL作为敏化染料,利用吸附方法对TiO2光催化剂进行敏化改性,以提高其负载织物在可见光辐射条件下对氨的光催化净化性能。在此基础之上还比较了浸轧法和涂层法制备纳米TiO2负载纤维织物的氨光催化净化性能。最后在纳米TiO2负载纤维织物存在下,对氨的非均相光催化氧化反应进行了动力学分析,获得了相关动力学参数。采用离子色谱技术对纳米TiO2负载纤维织物对氨的光催化降解反应机理进行了初步分析,基本确定了反应的主要降解产物。并考察了纳米TiO2对负载纤维织物的断裂强度、白度以及颜色特征的影响,讨论了所制备的纳米TiO2负载纤维织物的抗氧化性能。
实验结果表明,在纳米TiO2水分散液的制备过程中,聚乙二醇分子量的增大能够促进纳米水分散液稳定性的提高,增加聚乙二醇的用量对于水分散液的稳定性并没有十分有利的影响,而体系的pH值则对水分散液的稳定性具有显著的影响。使用纳米TiO2水分散液,通过浸轧法能够将纳米TiO2光催化剂负载于棉、涤纶以及亚麻织物的表面,纳米TiO2催化剂在三种纤维织物表面的负载状态有所不同。并且所制备纳米TiO2负载纤维织物在波长为365nm紫外光照射下对反应器连续释放的氨气具有优良的光催化净化作用。
在相同的负载条件下,TiO2负载纯棉织物的氨气净化性能远高于负载涤纶织物和涤/棉混纺织物。适当增加浸轧液中纳米TiO2分散液加入量可以提高TiO2负载棉织物的氨去除效率。此外焙烘温度的升高不能够引起纳米TiO2负载棉织物的氨气去除率的明显改善。在浸轧液中加入添加剂能够使TiO2负载棉织物具有耐久的氨净化性能。但是这些添加剂会在一定程度上引起纳米TiO2光催化氧化性能的降低。染色棉织物作为负载材料对TiO2负载纤维织物的氨去除性影响不甚显著。在紫外光辐射下,纳米TiO2负载棉织物的氨净化性能表现出较高的水平,并且辐射光强度的增加会促进氨去除率的提高;而在可见光辐射下,其氨净化性能大为降低。对于氨气的光催化氧化反应,反应器中氨气初始浓度的增加导致了纳米TiO2负载棉织物对氨气净化效果的明显降低。适当地提高相对湿度则有利于纳米TiO2负载棉织物对氨气净化作用。此外进气速率的增加也不利于纳米TiO2负载棉织物对氨气净化作用。
TiO2-Ag复合光催化剂能够明显改善负载织物尤其是涤纶织物和涤/棉混纺织物对氨气净化性能。在可见光辐射条件下,染料敏化纳米TiO2负载织物能够实现对氨气的光催化净化,而且与纳米TiO2负载棉织物相比,其最终氨气去除率得到一定的提高。同时可见光强度的提高可以促进染料敏化纳米TiO2负载织物对氨气净化性能的改善。通过涂层法能够制备纳米TiO2负载纤维织物,尽管在TiO2水分散液加入量相近的条件下,涂层法制备纳米TiO2负载织物的氨气去除率稍低于浸轧法制备的纳米TiO2负载织物,但是涂层法制备的TiO2负载棉织物却具有更耐久的净化氨气性能。纳米TiO2负载织物对氨气的气固相光催化氧化反应过程都以采用Langmuir-Hinshelwood动力学方程进行描述,并且通过数学模拟方法能够计算反应速率常数和表观吸附平衡常数。离子色谱证明在净化反应后纳米TiO2负载棉织物解吸液中未发现有硝酸根离子的存在,可以认为纳米TiO2负载棉织物对氨气光催化氧化降解反应的主要产物是氮气。纳米TiO2光催化剂对负载纤维织物的强度性能和颜色特征略有影响。