專利名稱：一種熒光光度法檢測光自潔材料光催化性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光自潔材料性能的快速檢測方法。特別涉及一種通過在紫外光照，熒光分光光度法光檢測光自潔材料和表面涂敷納米TiO2薄膜材料的光催化活性能的方法。
背景技術(shù)：
光自潔材料是在陽光或紫外光的照射下，具有自我清潔功能的一大類材料的總稱。它們的自我清潔能力主要來源于其表面納米光催化劑薄膜(一般為納米TiO2)所具有的光催化性和兩親性(親水性與親油性)。其表面的納米TiO2在光的作用下，與空氣中的O2或微量水反應(yīng)生成·OH、·O2-、·OOH等一系列氧化能力極強(qiáng)的含氧自由基，能從空氣(或水)中祛除有毒有害污染物以及能在大氣條件下除臭、防污和殺菌。另外，在一般情況下，納米TiO2薄膜具有很強(qiáng)的憎水性，與水的接觸角大于160°；而在光照射下則具有超親水性，與水的接觸角小于10°。因此涂有納米TiO2薄層的自潔材料，在陰雨天時(shí)通過雨水的流動(dòng)能將其表面的污染物自動(dòng)沖走；而在晴天則能自動(dòng)將有機(jī)污染物分解成無害的CO2與H2O。
近年來，以TiO2為活性成分的光自潔材料得到了迅猛發(fā)展，人們利用它們來抗菌、除臭、防霧、自清潔和凈化室內(nèi)空氣。如已利用光催化材料制成具有分解汽車有害尾氣和具有自清潔功能的高速公路隔音板；防霧、自清潔浴室用和汽車用玻璃；自清潔照明路燈；冷藏運(yùn)輸車內(nèi)的除臭劑；建筑外墻和醫(yī)院等公共場所用的光自潔陶瓷。光自潔材料的潛在市場巨大。
在光自潔產(chǎn)品的開發(fā)、研制、生產(chǎn)、銷售和使用過程中，均離不開對(duì)光自潔材料的品質(zhì)檢測和評(píng)價(jià)。目前檢測光自潔材料性能的方法，主要是檢測其表面起作用的一層含光催化活性薄膜(一般為納米TiO2)的性能在紫外光照射下，納米TiO2膜光催化氧化(或還原)某些有機(jī)化合物的能力以及其自身的光致超親水性，如直接光降解染料法、硬脂酸法和測親水角法等。
直接光降解染料法利用自潔材料光降解染料的速率快慢來表示自潔材料性能。張敬暢，胡博等(專利申請(qǐng)?zhí)?00310121176.4)利用此原理提出一種適用于檢測自潔凈玻璃性能的分析方法在密閉容器內(nèi)，一定強(qiáng)度紫外光照射下，利用光自潔玻璃對(duì)10～100ppm，pH在7～12的甲基橙或甲基紅等偶氮染料溶液的光催化降解速率的快慢，來判斷其自潔性能的好壞。硬脂酸法是在光自潔材料表面先涂硬脂酸薄層，然后在一定強(qiáng)度的光照射下，自潔材料表層的納米TiO2將硬脂酸分解生成CO2和H2O，利用紅外分光光度法或氣相色譜法檢測生成的氣態(tài)CO2的量或測定在2500～3000cm-1范圍內(nèi)碳—?dú)滏I的伸縮振動(dòng)吸收值隨光照時(shí)間的變化情況，來間接檢測材料的光自潔能力。測親水角法則是利用自潔材料光致超親水性，檢測待測材料自身的親水角隨光照時(shí)間的減小速率及最終親水角的大小來表征材料的光自潔能力。趙修建，徐麟等(專利申請(qǐng)?zhí)?00410061082.7)采用靜止液滴的方法，在黑暗條件下，利用接觸角儀測量經(jīng)清洗、干燥、靜置、光照處理的光自潔玻璃試樣表面水滴形成的接觸角，以衡量該光自潔玻璃的光誘導(dǎo)超親水性。以上這些方法均存在耗時(shí)長、靈敏度低等缺點(diǎn)。因此，亟待開發(fā)光自潔材料的快速檢測方法。本發(fā)明即是提供一種快速檢測光自潔材料的靈敏方法，這種方法目前還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)耗時(shí)長、靈敏度低等缺點(diǎn)，提供一種簡便的檢測光自潔玻璃、光自潔陶瓷、光自潔塑料等多種光自潔材料和表面涂敷的納米TiO2薄膜所具有的光催化活性的方法。該方法是在反應(yīng)容器內(nèi)，將一定有效面積的光自潔材料浸泡在一定量適當(dāng)濃度和pH值的有機(jī)化合物溶液中，在一定強(qiáng)度紫外光照射下，用熒光分光光度計(jì)測定這些有機(jī)化合物的熒光強(qiáng)度下降速率或熒光強(qiáng)度升高速率，從而檢測該光自潔材料的光催化活性。
本發(fā)明是一種檢測光自潔材料和表面涂敷納米TiO2薄膜材料的光催化活性能的方法，其具體步驟如下①截取面積10～50cm2的光自潔材料，洗凈、烘干，平鋪于反應(yīng)器底部；②取2mL pH＝2～6的有機(jī)化合物水溶液，在熒光檢測的條件下，測定未經(jīng)光照射時(shí)的溶液熒光強(qiáng)度后與上述有機(jī)化合物水溶液一起倒入反應(yīng)器中；③打開紫外燈，調(diào)整紫外燈高度以滿足對(duì)紫外光照射強(qiáng)度的要求，開始計(jì)時(shí)后，每隔10min取樣2mL，采用步驟②同樣的熒光條件檢測溶液的熒光強(qiáng)度，然后將所取溶液倒回反應(yīng)器，重復(fù)檢測4～6次；④以溶液的熒光強(qiáng)度對(duì)光照時(shí)間作圖，為一直線，該直線的斜率K的絕對(duì)值越大則表明待測的光自潔材料光催化氧化能力越強(qiáng)，即可用該直線斜率K的絕對(duì)值的大小來檢測光自潔材料的光自潔能力。
步驟①所指的光自潔材料是光自潔玻璃、光自潔陶瓷以及經(jīng)TiO2光自潔涂料所噴涂或涂覆的玻璃、不銹鋼、鋁合金、塑料；所指的反應(yīng)容器是培養(yǎng)皿、結(jié)晶皿、燒杯等敞口或帶石英蓋子的平底容器；步驟②所指的有機(jī)化合物是自身能發(fā)熒光且在水中有一定溶解能力的物質(zhì)，如羅丹明B，羅丹明6G，8-羥基喹啉鋁或鎂的絡(luò)合物等；或者是自身不能發(fā)熒光，但與·OH反應(yīng)產(chǎn)物能發(fā)熒光的物質(zhì)，如香豆素等；所指的有機(jī)化合物水溶液是用蒸餾水將上述有機(jī)化合物之一配成1×10-5～1×10-3mol/L的溶液，用硫酸或硝酸等酸調(diào)pH值；有機(jī)化合物水溶液的用量按0.5mL～2mL/1cm2光自潔材料的面積加入；所指的熒光檢測條件是指將激發(fā)波長、熒光發(fā)射波長、狹縫寬度及靈敏度調(diào)節(jié)到檢測靈敏度達(dá)到最大，每組實(shí)驗(yàn)所選熒光條件相同。
步驟③所指的紫外燈，其使用的光波長為250nm～400nm(一般用λmax＝254nm的紫外燈)，通過選擇紫外燈的功率以及調(diào)節(jié)紫外燈與溶液液面的距離，控制紫外光強(qiáng)為0.1～10mW/cm2，最好為0.5～5mW/cm2。
步驟④所指的K，K＝熒光強(qiáng)度/光照時(shí)間。
對(duì)上述某一固定條件下，若已知某光自潔材料的光自潔能力，則可利用該法測出其對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)系數(shù)K，而對(duì)于未知樣品，只要測出其相應(yīng)的評(píng)價(jià)系數(shù)K即可與已知光自潔材料作對(duì)比，通過K值的對(duì)比，K的絕對(duì)值越大則表明待測的光自潔材料光催化氧化能力越強(qiáng)，即可知該未知光自潔材料的光催化活性是已知材料活性的多少倍。
本發(fā)明的主要優(yōu)越性在于該檢測方法具有靈敏度高、準(zhǔn)確性好、快捷簡便、可用于各種光自潔材料的光催化性能的測試。該方法可作為光自潔材料的生產(chǎn)、使用和研發(fā)單位的一種快速檢測產(chǎn)品質(zhì)量方法之一。


圖1光自潔材料浸泡在香豆素水溶液中時(shí)溶液的熒光光譜隨光照時(shí)間的變化。橫坐標(biāo)波長(nm)；縱坐標(biāo)熒光強(qiáng)度圖2最大熒光波長(λ＝456nm)處熒光強(qiáng)度隨光照時(shí)間變化的直線圖。香豆素1.0×10-3mol/L，pH＝3；1.0min，2.10min，3.20min，4.30min，5.40min；橫坐標(biāo)光照時(shí)間(min)，縱坐標(biāo)熒光強(qiáng)度圖3實(shí)施例1所描述方法檢測4種光自潔材料性能的試驗(yàn)結(jié)果。
橫坐標(biāo)光照時(shí)間(min)，縱坐標(biāo)熒光強(qiáng)度1.自潔玻璃D，2.自潔玻璃C，3.自潔玻璃B，4.自潔玻璃A
具體實(shí)施例方式例1將4種商用光自潔玻璃A、B、C、D截成4×3cm2的小塊。每種光自潔玻璃各取2片(24cm2)分別平放于直徑為9cm的培養(yǎng)皿(簡易反應(yīng)器)中，將此反應(yīng)器置于9W紫外燈(λmax＝254nm)正下方(距離20cm)，加入20mL香豆素(1.0×10-3mol/L，pH＝3)，打開光源，光催化氧化香豆素。每隔10min取出2mL溶液用熒光分光光度計(jì)在激發(fā)波長為346nm，熒光波長為456nm處檢測溶液的熒光強(qiáng)度(狹縫寬度Ex，Em5nm；靈敏度high)。重復(fù)4次。分別將這4種光自沽玻璃在上述條件下測得的熒光強(qiáng)度對(duì)其光照時(shí)間作圖，見附圖2，均為一直線；但這些直線的斜率K各不相同，由其大小可知，這4種光自潔玻璃的光催化活性大小順序?yàn)锳＞B＞C＞D。
例2將4種商用光自潔玻璃A、B、C、D截成4×3cm2的小塊。每種光自潔玻璃各取2片(24cm2)分別平放于直徑為9cm的培養(yǎng)皿(簡易反應(yīng)器)中，將此反應(yīng)器置于9W紫外燈(λmax＝254nm)正下方(距離15cm)，加入30mL羅丹明B(5.0×10-4mol/L，pH＝6)，打開光源，光催化降解羅丹明B。每隔10min取出2mL溶液用熒光分光光度計(jì)在激發(fā)波長為550nm，熒光波長為573nm處檢測溶液的熒光強(qiáng)度(狹縫寬度Ex，Em5nm；靈敏度high)。重復(fù)4次。分別將這4種光自潔玻璃在上述條件下測得的熒光強(qiáng)度對(duì)其光照時(shí)間作圖，均為一直線；但這些直線的斜率K各不相同，由其大小可知，這4種光自潔玻璃的光催化活性大小順序?yàn)锳＞B＞C＞D。
例3將3種商用光自潔陶瓷E、F、G截成3×3cm2的小塊。每種各取4片(36cm2)分別平放于直徑為9cm的培養(yǎng)皿(簡易反應(yīng)器)中，將此反應(yīng)器置于9W紫外燈(λmax＝254nm)正下方(距離15cm)，加入50mL 8-羥基喹啉鋁(2.0×10-4mol/L，pH＝4)，打開光源，光催化降解8-羥基喹啉鋁。每隔10min取出2mL溶液用熒光分光光度計(jì)在激發(fā)波長為360nm，熒光波長為500nm處檢測溶液的熒光強(qiáng)度(狹縫寬度Ex，Em10nm；靈敏度mid)。重復(fù)4次。分別將這3種光自潔陶瓷在上述條件下測得的熒光強(qiáng)度對(duì)光照時(shí)間作圖，均為一直線，這些直線的斜率各不相同，由其大小可知，3種光自潔陶瓷的光催化活性大小順序?yàn)镋＞F＞G。
權(quán)利要求
1.一種檢測光自潔材料和表面涂敷納米TiO2薄膜材料的光催化活性能的方法，其具體步驟如下①截取面積10～50cm2的光自潔材料，洗凈、烘干，平鋪于反應(yīng)器底部；②取2mL pH＝2～6的有機(jī)化合物水溶液，在熒光檢測的條件下，測定未經(jīng)光照射時(shí)的溶液熒光強(qiáng)度后與上述有機(jī)化合物水溶液一起倒入反應(yīng)器中；③打開紫外燈，調(diào)整紫外燈高度以滿足對(duì)紫外光照射強(qiáng)度的要求，開始計(jì)時(shí)后，每隔10min取樣2mL，采用步驟②同樣的熒光條件檢測溶液的熒光強(qiáng)度，然后將所取溶液倒回反應(yīng)器，重復(fù)檢測4～6次；④以溶液的熒光強(qiáng)度對(duì)光照時(shí)間作圖，為一直線，該直線的斜率K的絕對(duì)值越大則表明待測的光自潔材料光催化氧化能力越強(qiáng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟①所指的光自潔材料是光自潔玻璃、光自潔陶瓷以及經(jīng)TiO2光自潔涂料所噴涂或涂覆的玻璃、不銹鋼、鋁合金、塑料；所指的反應(yīng)容器是培養(yǎng)皿、結(jié)晶皿、燒杯等敞口或帶石英蓋子的平底容器；步驟②所指的有機(jī)化合物是羅丹明B，羅丹明6G，8-羥基喹啉鋁或鎂的絡(luò)合物或香豆素之一；所指的有機(jī)化合物水溶液是用蒸餾水將上述有機(jī)化合物之一配成1×10-5～1×10-3mol/L的溶液，用硫酸或硝酸等酸調(diào)pH值；有機(jī)化合物水溶液的用量按0.5mL～2mL/1cm2光自潔材料的面積加入；所指的熒光檢測條件是指將激發(fā)波長、熒光發(fā)射波長、狹縫寬度及靈敏度調(diào)節(jié)到檢測靈敏度達(dá)到最大，每組實(shí)驗(yàn)所選熒光條件相同；步驟③所指的紫外燈，其使用的光波長為250nm～400nm，通過選擇紫外燈的功率以及調(diào)節(jié)紫外燈與溶液液面的距離，控制紫外光強(qiáng)為0.1～10mW/cm2；步驟④所指的K是熒光強(qiáng)度/光照時(shí)間＝K。
全文摘要
一種熒光分光光度法光檢測光自潔材料和表面涂敷納米TiO
文檔編號(hào)G01N21/64GK101021469SQ200710051708
公開日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2007年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月20日
發(fā)明者朱麗華, 周和慧, 陳志飛, 唐和清 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)