專利名稱：自潔凈玻璃光降解性能測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到自潔凈玻璃的光催化性能的測試分析方法。本發(fā)明涉及一種通過在光照條件下，以相關(guān)的染料或者指示劑作為降解物的，從而判斷實際的自潔凈玻璃光降解性能，作為工廠快速判斷產(chǎn)品質(zhì)量檢測方法之一。
背景技術(shù)：
自從1972年Fujishima和Honda在Nature雜志發(fā)表關(guān)于二氧化鈦電極上光分解水的論文，可以看作是一個多相光催化新時代開始的標(biāo)志。從那時起自化學(xué)、物理、材料等領(lǐng)域的學(xué)者圍繞太陽能的轉(zhuǎn)化和存儲光化學(xué)合成探索多相光催化過程的原理，致力于提高光催化的效率。
隨著人們對TiO2活性研究的日益深入，各種各樣的催化劑被人們開發(fā)出來，從而制得各種不同光催化的自潔凈玻璃，這些玻璃有的催化活性高，有的催化活性低。怎樣才能判斷新開發(fā)的自潔凈玻璃光催化性能的好壞呢？這就需要研究一些表征自潔凈玻璃活性的方法。從目前的文獻(xiàn)中還沒有統(tǒng)一的方法來測定TiO2的光催化活性，研究人員都根據(jù)自己制得的光催化劑選擇合適的表征方法，并對其機(jī)理進(jìn)行研究，而且都停留在TiO2的粉體光催化后性能的測定，至今尚無關(guān)于自潔凈玻璃光催化性能測試方法的報道。中國耀華玻璃集團(tuán)公司制定的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)就是用油酸評定這種生態(tài)環(huán)境玻璃的光催化活性的，但存在這樣或那樣的不足。
在研究TiO2粉體光催化性能一般是以苯酚作為降解物。在這個方面，北京化工大學(xué)現(xiàn)代催化研究所目前就以苯酚作為降解物。在一定密封的反應(yīng)容器中，加入定量納米二氧化鈦粉末于苯酚溶液中，以鼓泡的方式向懸浮液中通入空氣。每隔一定時間取樣，離心分離出清液，用紫外分光光度計測試苯酚的吸光度，。用苯酚降解率來考察光催化劑的催化性能，計算公式如下 其中A0為苯酚溶液的起始吸光度，At為苯酚溶液的t時刻的吸光度。
有文獻(xiàn)報道認(rèn)為光催化降解苯酚機(jī)理是在光催化氧化反應(yīng)中產(chǎn)生的具有高度活性的羥基自由基(·OH)是氧化有機(jī)物的主要活性物種，它很容易與苯環(huán)發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化碳和水反應(yīng)路徑如下 由于用苯酚表征出光催化效果測試速度慢，無法用于自潔凈玻璃降解性能的評價上。有文獻(xiàn)報道薄膜對苯酚的光催化氧化可分為3個階段反應(yīng)初期出現(xiàn)的是苯環(huán)的羥基化合物如苯酮、鄰苯二酚及對苯二酚等；第二階段的產(chǎn)物是由苯環(huán)結(jié)構(gòu)破壞而產(chǎn)生的二元酸，如順丁烯二酸酚、反丁烯二酸酚、甲酸和草酸等；第三階段為深度氧化階段，中間物銳減，產(chǎn)物以二氧化碳為主。光催化氧化過程中，氧作為一種有效的電于捕獲劑，阻止了電子-空穴的簡單復(fù)合，空穴能較快的被水分于或水中有機(jī)物俘獲，而電子被水中氧分于俘獲的速率較慢，所以整個反應(yīng)速度決定于電子與催化劑表面氧氣之間的傳遞。此外，苯酚在降解過程中出現(xiàn)的許多中間產(chǎn)物，其中的醌類和二酚類中間產(chǎn)物對紫外有很強(qiáng)的吸收，以及涂膜玻璃的表面的催化劑量比較少(幾毫克)不能及時的將生成的中間產(chǎn)物深度氧化，因此在開始的幾個小時內(nèi)溶液的吸光度會迅速增加，所以可以看出，實際苯酚在前6小時內(nèi)被降解了或者是中間產(chǎn)物的形成，只不過中間產(chǎn)物對紫外有吸收，所以用分光光度計不能體現(xiàn)其濃度的變化。此外，苯酚的降解率比較低除了上述原因外，有的文獻(xiàn)認(rèn)為載體的對二氧化鈦的光催化影響也是比較大的，如果載體不能及時的將光生電子轉(zhuǎn)移，那么電子的復(fù)合幾率還是比較大的。而玻璃就是個絕緣體，所以催化效果在一定程度的降低也是可能的，所以苯酚不適合表征自潔凈玻璃的光催化效率。
而油酸也是目前使用比較多的降解物。油酸涂覆在催化劑表面，利用稱重法來計算降解率，但是用油酸表征自潔凈玻璃的光催化活性效果較差，主要表現(xiàn)為(1)所需時間長；(2)降解率波動較大；(3)計算誤差較大。
(4)油酸是長鏈分子，具有18個碳原子，并具有不飽和鍵。根據(jù)斷鏈反應(yīng)，生成的物質(zhì)是烷烴和長鏈羧酸，仍是難以降解的物質(zhì)。
采用油酸為降解物測試自潔凈玻璃的光催化活性，有兩種方法，方法一為重量法，重量法由于受環(huán)境的濕度和溫度影響很大，測量誤差很大，測量誤差較大，因此無法采用，除了重量法以外還有分光光度法。將自潔凈玻璃浸漬在油酸甲醇溶液中，通過取樣，并用高效液相色譜和紫外檢測器結(jié)合共同測試出吸光度，從而進(jìn)行定性定量分析。該方法雖然避免了重量法的降解率波動大，計算誤差大的不足。通過參比原始峰面積即可得到實際降解率。但是對于油酸長鏈分子降解的機(jī)理還不是很清楚，目前尚無文獻(xiàn)報道。根據(jù)雙鍵斷裂生成直鏈烷烴和長鏈羧酸可能性，后者出峰的時間很有可能與油酸峰重合，尚無法判斷中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物的出峰時間和出峰位置，因此，采用降解油酸方法也是無法準(zhǔn)確測定光催化劑以及自潔凈玻璃的催化性能。
綜上所述，降解苯酚和油酸的傳統(tǒng)的方法存在著許多不合理的地方，需要尋找新的降解物和新的分析方法。而關(guān)于涉及到自潔凈玻璃的光降解性能檢測的方法未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能快速有效的準(zhǔn)確的系統(tǒng)的檢測自潔凈玻璃光催化性能的分析方法。為工廠提供在線自潔凈玻璃催化性能的合理的快速檢測方法，保證工廠的生產(chǎn)順利進(jìn)行。本發(fā)明的主要優(yōu)勢在于1、本發(fā)明涉及的是自潔凈玻璃光催化效果的檢測，能夠明顯的反映不同自潔凈玻璃光降解效果的好壞，并能在較短時間內(nèi)反饋信息，這些都可以極大的提高工廠的生產(chǎn)效率。
2、本發(fā)明涉及的檢測方法能以較低的成本進(jìn)行，并且方便易用。
3、本發(fā)明涉及到的檢測物是染料、指示劑、油酸等長鏈不飽和羧酸或者前者的混合物，一方面選中的降解物和空氣中或者是水中常見的污染物結(jié)構(gòu)還是接近的，一方面采用混合物作為降解物，這樣可以更接近空氣中或者是水中的實際污染物的情況。
本發(fā)明主要采用以下技術(shù)方案一種適用于自潔凈玻璃光降解性能測試的分析方法，首先要精確的配制一定濃度降解物的溶液。
所說的的降解物是指亞甲基藍(lán)、甲基橙、鄰二苯酚紫、亞甲基藍(lán)、酚酞、甲基紅等指示劑之一或者是多種，或羅丹明、艷紅X-3B等染料之一，或油酸等長鏈不飽和羧酸，最佳為甲基橙和甲基紅。
所說的一定濃度的降解物是指出制備的降解物溶液，在容量瓶中精確得配制光降解反應(yīng)所需的降解物，濃度為10～100ppm，通過加入適量的堿液，將pH控制在7～12。
所說的適量的堿液是指氫氧化鈉，氫氧化鉀，氨水等配制的堿溶液。
在一定條件下，自潔凈玻璃與一定濃度的降解物發(fā)生反應(yīng)，并在一定儀器條件下測出降解率。
所述的一定條件是在密閉的系統(tǒng)中裝有紫外燈或者近可見光燈，并以一定容器來盛裝自潔凈玻璃和降解物。
所述的紫外燈或者是近可見光燈，其波長100～400nm或者是混合波長的，最佳的為185nm與254nm混合波長。而反應(yīng)所需要光強(qiáng)度在確定了波長后，通過調(diào)節(jié)燈與液面距離來控制光強(qiáng)度，使得光強(qiáng)度達(dá)到0.5～3mW/cm2，最好為1.0～1.5mW/cm2。
所述的一定容器裝自潔凈玻璃是指表面皿、石英杯，燒杯等相關(guān)容器，并在表面蓋有石英蓋子；所述的自潔凈玻璃大小為2×2cm、3×3cm、5×5cm、7×7cm、10×10cm等，最佳的玻璃大小為5×5cm。
所述降解物的pH為4～12溶液，其特征是以水或者甲醇，乙醇，異丙醇等小分子有機(jī)物或者不被光催化降解的有機(jī)物質(zhì)作為溶劑；同時通過加入氫氧化鈉，氫氧化鉀，氨水等低濃度堿液來調(diào)節(jié)降解物溶液的pH值。
所述的一定儀器就是指紫外吸收光度計與高效液相色譜或氣相色譜結(jié)合一起使用，或者是單獨使用，同時設(shè)有為反應(yīng)容器提供空氣的儀器。
所述的降解率按照降解物的不飽和特性測試結(jié)果采用了下面的公式D%=(A0-AA0)×100%]]>具體實施的方式實施例子1取0.04g的甲基橙加到250ml的容量瓶配成25ppm的甲基橙水溶液。從中取出25ml甲基橙溶液，倒入直徑為8cm的培養(yǎng)皿之中，取5×5cm自潔凈玻璃片放入上述的培養(yǎng)皿中，降解液面高于玻璃面2mm。在相同條件下用空白玻璃作空白試樣作參比，放入無光透過密閉的鐵箱之中，通入空氣，將培養(yǎng)皿放置在18w的185nm與254nm混合波長的紫外燈下，距離調(diào)至能使液面光照強(qiáng)度達(dá)到1.4mW/cm2，開始照射后，每20min取樣和原始樣通過紫外分光光度計測試，最大吸收峰為464nm，結(jié)果證明能在一個小時降解率可以達(dá)到87％，并相比空白樣進(jìn)行比較能夠較好反映出降解率的實際情況，證明甲基橙是檢測自潔凈玻璃光催化性能良好的降解物。
實施例子2取0.06g的亞甲基藍(lán)加到250ml的容量瓶配成10ppm的亞甲基藍(lán)水溶液。從中取出40ml亞甲基藍(lán)溶液，倒入燒杯之中，取7×7cm自潔凈玻璃片剛好放入上述的燒杯中，降解液面高于玻璃面5mm。在相同條件下用空白玻璃作空白試樣作參比，放入無光透過密閉的鐵箱之中，通入空氣，將培養(yǎng)皿放置在18w的254nm波長的紫外燈下，距離調(diào)至能使液面光照強(qiáng)度達(dá)到1mW/cm2，開始照射后，每20min取樣和原始樣通過紫外分光光度計測試，最大吸收峰為664nm，結(jié)果證明能在一個小時降解率可以達(dá)到92％，并相比空白樣能夠較好反映出降解率的實際情況。
實施例子3取0.02g的鄰二苯酚紫加到125ml的容量瓶配成20ppm的鄰二苯酚紫水溶液。從中取出30ml鄰二苯酚紫溶液，倒入直徑為10cm的燒杯之中，用氫氧化鈉水溶液調(diào)pH至10，取7×7cm自潔凈玻璃片放入上述的燒杯中，降解液面高于玻璃面1mm。在相同條件下用空白玻璃作空白試樣作參比，放入無光透過密閉的鐵箱之中，通入空氣，將培養(yǎng)皿放置在18w的365nm波長的紫外燈下，距離調(diào)至能使液面光照強(qiáng)度達(dá)到1.1mW/cm2，開始照射后，每20min取樣和原始樣通過紫外分光光度計測試，最大吸收峰為490nm，結(jié)果證明能在一個小時降解率可以達(dá)到80％，并相比空白樣能夠較好反映出降解率的實際情況。
實施例子4取0.04g的甲基橙和0.02苯酚加到250ml的容量瓶配成甲基橙和苯酚混合水溶液。從中取出25ml混合溶液，倒入直徑為12cm的培養(yǎng)皿之中，用氫氧化鉀水溶液調(diào)節(jié)pH為12，取7×7cm自潔凈玻璃片放入上述的培養(yǎng)皿中，降解液面高于玻璃面6mm。在相同條件下用空白玻璃作空白試樣作參比，放入無光透過密閉的鐵箱之中，通入空氣，將培養(yǎng)皿放置在18w的185nm波長的紫外燈下，距離調(diào)至能使液面光照強(qiáng)度達(dá)到1.4mW/cm2，開始照射后，每20min取樣和原始樣通過紫外分光光度計測試，最大吸收峰為373nm，結(jié)果證明能在一個小時降解率可以達(dá)到87％，并相比空白樣能夠較好反映出降解率的實際情況。
實施例子5取0.03g的亞甲基藍(lán)和0.04g的苯酚加到250ml的容量瓶配成亞甲基藍(lán)苯酚混合水溶液，用氨水調(diào)節(jié)pH為7。從中取出25ml混合溶液，倒入直徑為8cm的培養(yǎng)皿之中，取5×5cm自潔凈玻璃片放入上述的培養(yǎng)皿中，降解液面高于玻璃面4mm。在相同條件下用空白玻璃作空白試樣作參比，放入無光透過密閉的鐵箱之中，通入空氣，將培養(yǎng)皿放置在18w的254nm波長的紫外燈下，距離調(diào)至能使液面光照強(qiáng)度達(dá)到1mW/cm2，開始照射后，每20min取樣和原始樣通過高效液相色譜結(jié)合紫外檢測器來測試，在最大吸收峰為664nm和270nm下，結(jié)果證明能在一個小時降解率可以達(dá)到88.1和83％，并相比空白樣能夠較好反映出降解率的實際情況。
實施例子6取0.03g的亞甲基藍(lán)、0.05g甲基橙和0.04g的苯酚加到250ml的容量瓶配成亞甲基藍(lán)甲基橙苯酚混合水溶液，用氨水調(diào)節(jié)pH為7。從中取出25ml混合溶液，倒入直徑為8cm的培養(yǎng)皿之中，取5×5cm自潔凈玻璃片放入上述的培養(yǎng)皿中，降解液面高于玻璃面3mm。在相同條件下用空白玻璃作空白試樣作參比，放入無光透過密閉的鐵箱之中，通入空氣，將培養(yǎng)皿放置在18w的254nm波長的紫外燈下，距離調(diào)至能使液面光照強(qiáng)度達(dá)到1mW/cm2，開始照射后，每20min取樣和原始樣通過高效液相色譜結(jié)合紫外檢測器來測試，在最大吸收峰為664nm，464nm和270nm下，結(jié)果證明能在一個小時降解率可以達(dá)到86.1％、85.3％和81.4％，并相比空白樣能夠較好反映出降解率的實際情況。
實施例子7取0.04g的甲基橙加到250ml的容量瓶配成25ppm的甲基橙甲醇溶液。從中取出25ml甲基橙溶液倒入燒杯之中，取5×5cm自潔凈玻璃片放入上述的燒杯中，降解液面高于玻璃面3mm。在相同條件下用空白玻璃作空白試樣作參比，放入無光透過密閉的鐵箱之中，通入空氣，將培養(yǎng)皿放置在18w的185nm波長的紫外燈下，距離調(diào)至能使液面光照強(qiáng)度達(dá)到1.5mW/cm2，開始照射后，每20min取樣和原始樣通過紫外分光光度計測試，最大吸收峰為464nm，結(jié)果證明能在一個小時降解率可以達(dá)到84％，并相比空白樣能夠較好反映出降解率的實際情況。
權(quán)利要求
1.一種適用于自潔凈玻璃光降解性能測試的分析方法，其特征在于能較快、準(zhǔn)確的通過在反應(yīng)條件下自潔凈玻璃與反應(yīng)濃度的降解物發(fā)生反應(yīng)，并在反應(yīng)儀器條件下測出降解率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)條件，其特征是在密閉的系統(tǒng)中采用紫外或者是近可見光，在反應(yīng)容器盛裝自潔凈玻璃和降解物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紫外或者近可見光，其特征是100～400nm或者是混合波長的，最佳的為185nm與254nm混合波長。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用紫外等或者是近可見光，其特征是控制燈與液面距離使得液面光強(qiáng)度達(dá)到0.5～3mW/cm2，最好為1.0～1.5mW/cm2。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反應(yīng)容器裝自潔凈玻璃，其特征是表面皿、石英杯，燒杯等，并在表面蓋有石英蓋子；所述的自潔凈玻璃大小為2×2cm、3×3cm、5×5cm、7×7cm、10×10cm等，最佳的玻璃大小為5×5cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降解物，其特征是亞甲基藍(lán)、甲基橙、鄰二苯酚紫、亞甲基藍(lán)、酚酞、甲基紅等指示劑之一或者是多種，或羅丹明、艷紅X-3B等染料之一，或油酸等長鏈不飽和羧酸，最佳為甲基橙和甲基紅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)濃度的降解物，其特征是制成降解物的pH為4～12的溶液，濃度為10～100ppm；將自潔凈玻璃平放容器內(nèi)，有光催化物質(zhì)玻璃面向上，降解液面高于玻璃面1～10mm，最好為2～4mm。1～10mm，最好為2～4mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的降解物的pH為4～12溶液，其特征是以水或者甲醇，乙醇，異丙醇等小分子有機(jī)物或者不容易降解的有機(jī)物質(zhì)作為溶劑；同時通過加入低濃度的氫氧化鈉，氫氧化鉀，氨水等堿液來調(diào)節(jié)pH值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)儀器，其特征是紫外吸收光度計與高效液相色譜或氣相色譜結(jié)合一起使用，或者是單獨使用，還要向反應(yīng)容器供給空氣的儀器或設(shè)備。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降解率，其特征是采用了下面的公式D%=(A0-AA0)×100%]]>
全文摘要
本發(fā)明提供一種適用于自潔凈玻璃光降解性能測試的分析方法。本發(fā)明的主要特征在于(1)該分析方法能準(zhǔn)確的測試出自潔凈玻璃的光降解性能比較同系列產(chǎn)品光降解性能好壞；(2)該分析方法能在短時間測試出自潔凈玻璃的光降解結(jié)果并適用于生產(chǎn)流水線上和實驗對自潔凈玻璃光降解性能的評價；(3)該分析方法主要是以有機(jī)指示劑和有機(jī)染料為降解物；(4)參考物的分子結(jié)構(gòu)中一定要含雙鍵或芳香烴類的不飽和鍵；(5)光波的長度為100～400nm的紫外燈或近可見光，紫外燈控制強(qiáng)度在0.5～3mW/cm
文檔編號G01N21/33GK1554938SQ20031012117
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月22日
發(fā)明者張敬暢, 胡博, 張樹, 曹維良 申請人:北京化工大學(xué)