【摘 要】
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厕所中阴暗潮湿的地方容易滋生出大量的病原微生物,这些病原微生物广泛分布于厕所各种设施表面,容易引起各种疾病的传播。由于光催化材料具有污染物降解、灭菌、超亲水性等功能,将光催化剂负载至厕所洁具表面使其具有自清洁和杀菌的功能,将极大改善厕所卫生条件。但是,目前将光催化材料良好负载于洁具表面的控制技术参数尚未完全了解,兼顾杀菌性能与负载效果的技术尚十分缺乏。针对该问题,本文以研究较为广泛的Ti O2和新
【基金项目】
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课题来源:农村厕所系统构建方法与共性技术研究,课题性质:国家重点研发计划,课题编号:2018YFD1100501,课题性质:应用研究
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厕所中阴暗潮湿的地方容易滋生出大量的病原微生物,这些病原微生物广泛分布于厕所各种设施表面,容易引起各种疾病的传播。由于光催化材料具有污染物降解、灭菌、超亲水性等功能,将光催化剂负载至厕所洁具表面使其具有自清洁和杀菌的功能,将极大改善厕所卫生条件。但是,目前将光催化材料良好负载于洁具表面的控制技术参数尚未完全了解,兼顾杀菌性能与负载效果的技术尚十分缺乏。针对该问题,本文以研究较为广泛的Ti O2和新型光催化材料BiVO4作为研究对象,通过银对两种材料进行改性,扩大两种材料的可见光相应范围,提高其载流子传递水平,制备出了能够在可见光下具有高效灭菌功能的光催化材料Ag/BiVO4和Ag/Ti O2;在此基础上,研究了采用喷涂法将光催化材料负载至厕所釉面瓷砖的主要影响因素,并在不同热处理温度下制备了Ag/BiVO4光催化瓷砖和Ag/Ti O2光催化瓷砖,系统探讨了热处理参数对光催化瓷砖的基本性质和灭菌性能的影响。本文的主要研究结果如下:（1）采用溶胶-凝胶法合成了2-3μm大小的花朵状BiVO4和Ag/BiVO4,12-20μm大小的不规则块状Ti O2和Ag/Ti O2。X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）数据结果表明,制备的BiVO4和Ag/BiVO4晶型均为单斜白钨矿型,Ti O2和Ag/Ti O2晶型均为金红石型,且Ag的掺入并未改变BiVO4和Ti O2的形貌和晶型。X-射线能量散射光谱（SEM-EDS）和X射线光电子能谱分析（XPS）数据表明,Ag分别以+1价和0价存在于BiVO4和Ti O2中。（2）采用紫外可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）对合成的Ag/BiVO4和Ag/Ti O2的光学性质进行了分析,结果表明Ag/BiVO4和Ag/Ti O2的禁带宽度分别为2.16e V和2.82e V,相比BiVO4和Ti O2的禁带宽度（2.35e V和2.94e V）,Ag改性后的光催化剂的吸收带边和吸收强度明显更强,光催化剂带隙变窄,说明Ag的掺入有利于扩大BiVO4和Ti O2的可见光吸收范围。Ag/BiVO4的禁带最窄,具有最好的可见光吸收性能。（3）XRD、胶带实验、划痕实验和灭菌实验结果表明,温度未改变瓷砖表面的BiVO4、Ag/BiVO4、Ti O2和Ag/Ti O2的晶型。随着温度的升高,瓷砖表面的光催化涂层附着性增加,但灭菌效果降低。650℃下制备的Ag/BiVO4光催化瓷砖和1000℃下制备的Ag/Ti O2光催化瓷砖的涂层具有好的附着性,同时具备良好的灭菌活性,光照2h下的灭菌率分别达到100%和99.719%,两种光催化瓷砖具有良好推广前景。（4）SEM和原子力显微镜（AFM）数据结果表明,高温导致光催化材料颗粒发生团聚甚至互融,从而在瓷砖表面形成更为致密的光催化涂层,使Ag/BiVO4和Ag/Ti O2在瓷砖表面的附着性提高。温度的升高使瓷砖表面的光催化材料颗粒团聚,材料粒径增大,因此涂层表面的粗糙度增加,但是过高的温度使得材料之间发生互融,导致涂层表面的粗糙度下降。（5）在650℃下制备的Ag/BiVO4光催化瓷砖和和1000℃下制备的Ag/Ti O2光催化瓷砖的单因素灭菌实验结果表明,Ag/BiVO4光催化瓷砖具有最高的灭菌效率。在最佳灭菌条件下,该两种瓷砖对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等病原菌均有较好的杀灭效果,硫酸根、氯离子和硝酸根等共存离子以及菌悬液浓度等影响因素对灭菌活性的影响不大。Ag/BiVO4光催化瓷砖在5次循环灭菌实验后灭菌率仍达99.9991%,说明所制备的光催化瓷砖具有广泛的适用性和良好的稳定性。
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