ICS81.040.10 Q34 中华人民共和国国家标准 GB/T30452—2013 光 光催化纳米材料光解指数测试方法 Measurementmethodforphotolysisperformanceindexof photocatalyticnano-materials 2013-12-31发布 2014-10-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由中国科学院提出。 本标准由全国纳米技术标准化技术委员会(SAC/TC279)归口。 本标准主要起草单位:中国建筑材料科学研究总院、中国建材检验认证集团股份有限公司、宣城晶 瑞新材料有限公司、北京中科赛纳(玻璃)技术有限公司、冶金工业信息标准研究院。 本标准主要起草人:庞世红、张继军、韩松、徐勇、张珩、张庆华、戴石锋、王润梅、王立闯、张平、 张丛丛。 ⅠGB/T30452—2013 光催化纳米材料光解指数测试方法 1 范围 本标准规定了光催化纳米材料光解指数测试涉及的术语和定义、测试的原理、测试环境、测试装置 及步骤、光解指数计算以及试验报告等。 本标准适用于评价板片状材料表面的光催化性能,即光解指数,如表面涂(镀)光催化剂的玻璃、陶 瓷等。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T6682—2008 分析实验室用水规格和试验方法 GB/T8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定 GB/T14683 硅酮建筑密封胶 GB/T19619 纳米材料术语 3 术语和定义 GB/T19619界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 光催化纳米材料 photocatalyticnano-materials 表面具有光催化性能或涂镀光催化剂的材料。 3.2 光催化性能 photolysisperformance 光催化纳米材料氧化分解有机物的能力。 3.3 光解指数 photolysisperformanceindex 表征光催化纳米材料光催化性能的数值,即光催化纳米材料在单位时间内分解有机物能力的特 征值。 4 安全提示 本实验方法中使用的紫外光源对于人眼和皮肤具有伤害性,操作者必须小心谨慎,并做好必要的防 护!注意光反应器必须密闭,当光源打开时不要用肉眼直接观察。 5 原理 在能量大于或等于光催化纳米材料带隙能量的光照射下,附着在光催化纳米材料表面上的有机物 1GB/T30452—2013 会被氧化分解。 本方法中,用亚甲基蓝水溶液作为待测有机物,将其覆盖在光催化纳米材料表面。在紫外光(UV) 照射条件下,由于材料的光催化作用,亚甲基蓝将因氧化分解而减少,从而使亚甲基蓝水溶液的浓度降 低。在稀薄溶液和光照前吸附饱和的条件下,亚甲基蓝水溶液浓度随光照时间的增加而指数下降,见式 (1): c(t)=c0·exp(-k1·I1/2·t) ……………………(1) 式中: c———亚甲基蓝水溶液浓度,单位是毫摩尔每升(mmol/L); c0———亚甲基蓝水溶液的初始浓度,单位是毫摩尔每升(mmol/L); k1———一级反应速率常数; I———光照强度,单位是毫瓦每平方厘米(mW/cm2); t———光照时间,单位为分钟(min)。 在光照强度和时间都不大的条件下,即: k1·I1/2·t≪1 溶液浓度和光照时间近似于直线关系,如式(2): c(t)≈c0·(1-k1·I1/2·t)=a+b·t ……………………(2) 式中: a=c0;b=-c0·k1·I1/2 光解指数等于溶液浓度随光照时间变化线性关系斜率的绝对值,如式(3): R=-dc dt=b ……………………(3) 6 试剂 6.1 亚甲基蓝,分析纯。 6.2 蒸馏水,符合GB/T6682—2008要求的三级水。 6.3 丙酮,分析纯。 6.4 无水乙醇,分析纯。 6.5 硅酮密封胶,符合GB/T14683的要求。 7 试验设备 7.1 紫外光照射装置:照射装置如图1所示,由1支8W的365nm黑光灯和4支8W的254nmUV 灯、样品台、时间继电器、冷却风扇构成,其中365nm黑光灯在灯架中间,两侧各有2支254nmUV灯。 样品台应能够旋转,旋转速度为5r/min~10r/min,且样品台与灯管间垂直距离可以调节。 2GB/T30452—2013 说明: 1———光源; 2———石英玻璃; 3———甲基蓝溶液; 4———光催化纳米材料样品; 5———旋转台; 6———开关及时间继电器; 7———冷却风扇(功率3W)。 图1 紫外光照射装置 7.2 紫外照度计:传感器选择UV365,测定范围0.1μW/cm2~199mW/cm2,精度5%。 7.3 分光光度计:能够测量溶液在600nm~700nm的吸光度。吸光度能精确到小数点后三位,波长 分辨率≤1nm。 7.4 比色皿:光程为10mm,在600nm~700nm范围内的透过率大于80%。 7.5 移液管:容量25mL和10mL。 7.6 容量瓶:500mL。 7.7 溶液池:玻璃管,内径40mm±1mm,高40mm±1mm。 7.8 溶液池盖板:石英玻璃片,在254nm~365nm范围内透过率大于70%,尺寸应大于溶液池直径。 8 试验环境 实验室温度为23℃±2℃,相对湿度(50+10 -10)%。 9 试验准备 9.1 样品制备 9.1.1 样品准备 在光催化纳米材料的表面(具有光催化作用的表面)选平整部分,切裁成(60mm±2mm)× (60mm±2mm)的方形,共制备3块样品。在制备过程中,光催化表面不得受损。将溶液池粘贴在样 品具有光催化作用的表面,并用硅酮密封胶密封。如图2。 3GB/T30452—2013 说明: 1———样品; 2———密封胶; 3———溶液池; 4———溶液池盖板。 图2 样品示意图 9.1.2 样品清洗 试验前依次用蒸馏水、丙酮、无水乙醇、蒸馏水清洗样品及溶液池,然后置于实验室环境下放置在强 度为3.0mW/cm2±0.1mW/cm2的紫外灯箱中照射24h,以便将残留的附着污染物降解掉。 9.2 亚甲基蓝水溶液配制 配制浓度为0.02mmol/L±0.002mmol/L的亚甲基蓝水溶液作为吸附液,浓度为0.01mmol/L± 0.001mmol/L的亚甲基蓝水溶液作为测试溶液,分别盛放在容量瓶中。亚甲基蓝水溶液应在避光环境 中冷藏存放,且应在一周内使用。 10 操作步骤 10.1 亚甲基蓝水溶液吸附 用移液管向溶液池中加入35.0mL±0.3mL浓度为0.02mmol/L±0.002mmol/L的亚甲基蓝水 溶液,盖好溶液池盖板(如图1),放在暗处,使溶液在溶液池中自然吸附12h后,用分光光度计和比色皿 测量溶液在600nm~700nm的吸光度,如果吸附液的最大吸光度大于测试溶液最大吸光度,表明吸附 完成,否则重复以上步骤。 10.2 调整紫外光强度 将紫外辐照计放置在样品台中央(样品台不需旋转),盖上溶液池盖板,并调节样品台高度使紫外光 强度为3.0mW/cm2±0.1mW/cm2。 4GB/T30452—2013 10.3 光解试验 10.3.1 初始吸光度测定 用分光光度计和比色皿测量测试溶液在600nm~700nm的最大吸光度,作为初始吸光度。 10.3.2 光解测试 用移液管向溶液池中加入35.0mL±0.3mL的测试溶液,将样品放在紫外光照射装置的样品台 上,盖好溶液池盖板,使样品台旋转,并在3.0mW/cm2±0.1mW/cm2的紫外光下照射20min(如 图1);照射完成马上测量测试溶液在600nm~700nm的最大吸光度,测量完的测试溶液要立即倒回溶 液池中,并立即进行下一个20min的照射;如此重复6次,共照射2h。 11 光解指数计算 读取测试溶液在照射t分钟后的最大吸光度Abs.(t),(t=20,40,60,80,100,120)。 用式(4)计算溶液的换算系数K: K=10μmol/ [ ]L/Abs.(0) ……………………(4) 式中Abs.(0)为测试溶液初始吸光度。 将换算系数K代入式(5),将亚甲基蓝水溶液的吸光度Abs.(t),转换成浓度c(t)μmol/ [ ]L。 c(t)=K×Abs.(t)μmol/ [ ]L ……………………(5) 每一样品,在不同照射时间t(t=20,40,60,80,100,120)下,都有1个相应的浓度c(t)μmol/ [ ]L, 共有6点。如图3示例,用最小二乘法拟合出以上6点的线性斜率。分别记录3个样品的斜率为 an(n=1,2,3)。 图3 拟合直线斜率an示例 样品的光解指数R由式(6)计算: R=a1+a2+a ( )3/3×103nmol/(L·min [ ])……………………(6) 计算结果按GB/T8170中规定的要求进行修约,取小数点后两位有效数字。 12 试验报告 试验报告应包括以下内容: 5GB/T30452—2013 a) 本标准号; b) 样品委托单位; c) 样品规格、尺寸; d) 实验室温度、湿度; e) 紫外辐照强度; f) 样品光解指数R。 6GB/T30452—2013