Herstellung undotierter und dotierter TiO2-Partikel und Untersuchung ihrer photokatalytischen Aktivität

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurden nano-TiO2-Partikel unter Rückfluss und durch Autoklavbehandlung hergestellt. Diese nano-TiO2-Partikel bestehen aus agglomeratfreien Anatas. Sie können ohne zusätzliche Dispergierhilfsmittel in unpolaren Lösungsmitteln wie Toluol und auch im Wasser dispergiert werden. Dotierungen des TiO2 sind durch Autolavbehandlung mit unterschiedlichen Dotiermitteln und Dotiermittelmengen durchgeführt worden. Die photokatalytischen Aktivitäten der dotierten nano-TiO2-Partikel sind durch Photodegradationen der vier unterschiedlichen Farbstoffe Rhodamin B, Acid Blue 29, Methylenblau und Malachitgrün unter Belichtung mit einem Sonnensimulator mit/ohne Kantenfilter ermittelt worden. Ein Hochdurchsatzverfahren zur schnellen Ermittlung der photokatalytischen Aktivitäten der hergestellten undotierten und dotierten nano-TiO2-Partikel wurde entwickelt. Die verwendeten Farbstoffe wurden meistens durch dotierte nano-TiO2-Partikel schneller photodegradiert als durch undotierte nano-TiO2-Partikel. Die Photodegradationsraten der Farbstoffe durch Nd(OEthOMe)3-, SnCl4-, MoCl4- und Ce(OEthOMe)4-dotierte nano-TiO2-Partikel wurden, besonders unter Belichtung mit sichtbarem Licht, erheblich verbessert. Wurden die unter Rückfluss hergestellten nano-TiO2-Partikel mit unterschiedlichen Substanzen 1-H,1-H,2-H,2-H-Perfluorooctyltriethoxysilan (FTS), Hexadecyltrimethoxysilan (HDTMS) und Palmitinsäure) Oberflächen modifiziert und die modifizierten nano-TiO2-Partikel anschließend in verschiedene NANOMER®-Systeme eingebaut, so sind TiO2-Gradienten innerhalb einer Schicht entstanden. Diese Gradientenbildung modifizierter TiO2-Partikel in den Schichten aus FTS-modifizierten nano-TiO2-Partikeln und verschiedenen Lacksystemen sind mittels SIMS-Tiefenprofil- und EDX/TEM-Analysen nachgewiesen worden. Wenn eine Schicht mit TiO2-Gradient belichtet wird, zeigt sie Superhydrophilie bzw. Selbstreinigungsfähigkeit.

In this study firstly the TiO2-nanoparticles were synthesized by reflux and autoclave treatment. These nanoparticles were composed of agglomerate-free anatase. They could be dispersed in nonpolar solvent such toluene and also in water without any dispersion additive.

In order to enhance the photoactivity of the TiO2 the particles of TiO2 were doped with various metalions by means of hydrothermal process. A high-throughput activity testing for the redispersed photocatalyst samples based on photometric monitoring of the photodegradation of three different organic dyes (Rhodamine B, Malachite Green, Acid Blue 29, Methylene Blue) after illumination by sun-tester light and cut-off filter (400 nm and 420 nm) restricted light was established. The photoactivity of the TiO2 under UV-illumination was enhanced by most of the used doping metalions. A greatest enhancements of the daylight photocatalytic activity were found for the samples doped with Nd(OEthOMe)3, SnCl4, MoCl4 and Ce(OEthOMe)4.

The surface of highly dispersed TiO2 nanoparticles by the reflux treatment has been modified with 1-H,1-H,2-H, 2-H-Perfluorooctyltriethoxysilan, Hexadecyltrimethoxysilan und Palmitic acid. The surface-modified TiO2 nanoparticles have been suspended in the various NANOMER® systems. After applications of the suspensions on substrate by dip coating and subsequent curing the layer, the photocatalytically active layers were obtained. The analytical and microscopical investigations — SIMS-analysis and direct TEM imaging, supplemented by EDX have offered the formation of TiO2 gradients by modification of TiO2 nanoparticles within the composites during layer growth and curing. After the illumination of the layers with the TiO2-gradient were superhydrophilic respectively self-cleaning.