主题：【转帖】化学试剂预处理玻璃表面 防尘保洁实验

1　实验方法

实验选择校内某实验楼一楼作为采样空间,选 用一组试剂预处理表面的载玻片(76·2mm× 25·4mm×1·0mm)作为实验对象,按照不同状态:采 样时间设四个等级(1天、3天、10天、30天),与水平 面夹角设三个等级(0°、45°、90°)。预处理试剂类型 分为:未处理(A)、清洗剂(B)、TiO2试剂(C),将载 玻片放置在1·1m高实验台上,高实验台位于实验室 中间偏右位置,打开实验室4个铝合金推拉窗中的 两端的两个窗户,开到1/3位置,在室内形成自然通 风状态下进行采样,让空气中微颗粒物自然沉降、粘 附到载玻片表面。

实验预处理的试剂为开米玻璃清洗剂,所用 TiO2试剂为自制,选取等体积的钛酸丁酯、冰醋酸和 无水乙醇溶液缓慢加入烧杯内,充分搅拌1h后,放 置48h后作为预处理TiO2溶液,将洁净的载玻片在 溶液中浸渍提拉一次,浸渍提拉速度为2mm/s,然后 在80℃的烘箱内干燥20min后完成载玻片预处理过 程。由于表面TiO2涂层出现不连续情况,不利于使 用显微图像分析系统进行自动分析,通过显微图片 进行人工分析。采样完成后对载玻片进行检测获取 原始数据,采用相同的清洗方式对不同载玻片进行 清洗操作,首先采用清水清洗,干燥后进行分析,然 后再采用洗衣粉溶液进行清洗,干燥后再进行分析, 洗衣粉溶液选用洗衣粉5g(雕牌)并充分溶解到 200mL水中,约1/4未溶解,保证溶液始终处于饱和 状态,实验时水温为18·2℃。

实验主要仪器:可程式高温试验箱(重庆汉巴、 HT302E),激光粒度分析仪(珠海欧美克、LS-800)、 电子分析天平(上海梅-托、AL204)、显微图像分析 系统等。

2　结果与讨论

2·1　表面微颗粒质量分析

首先对不同试剂预处理的载玻片在清洗前后质 量进行了测量,如表1所示。表中M0,M1,M2分别 为清洗前,清水清洗后和洗衣液清洗后质量。0°, 45°, 90°为载玻片放置夹角。

通过分析清洗前后载玻片质量的变化量,即清 洗作用清除表面粘附微颗粒的质量,如图1~图4所 示。说明:图中数字0, 1, 2表示清洗步骤, 0为未清 洗, 1为清水清洗, 2为洗衣液清洗。

比较图1~图4中经TiO2预处理载玻片可知: 在0°时表面微颗粒清洗后的质量变化量与采样时间 成反比,而在90°时与采样时间成正比(根据夹角 0°,C2的柱状图可以看出:随着1天, 3天, 10天, 30 天变小),说明在采样时间较短(≤3天)时,夹角小 时不易于清除,但随着时间增加时,夹角大的反而容 易清除。清洗剂预处理表面在采样时间较短(≤3 天)时,清洗前后质量变化量较小,整体而言,其比未 处理表面的变化量要小,随着采样时间增加,其质量 变化量有较大变化,且都不小于未处理的情况,这说 明清洗剂处理表面对于粘附时间较长的微颗粒清除 具有促进作用。综合三种预处理情况知:清洗前后 质量变化为:TiO2>清洗剂>未处理,结果表明可以 通过对玻璃表面进行预处理方法实现表面微颗粒易 于清除的功能。其中TiO2变化最大,这与其光催化 作用与光诱导超亲水性有关[17],促使有机、无机污 物不易牢固附着玻璃表面[18]。

2·2　表面微颗粒特性分析

为了进一步研究表面微颗粒粘附特征,选取载 玻片中心线等距离三个区域(740μm×530μm)作为 观察对象,采用显微图像分析系统对其进行了分析, 根据所获实验数据绘制出图5~图7,图中遮光比为 载玻片表面被微颗粒遮住的面积占总观测面积的百 分比,能够反映出表面微颗粒粘附的多少及程度。

比较图5~图7中(a)发现:在夹角为0°和45° 时微颗粒总数变化相似,颗粒总数变化量随时间增 加而增大,说明采样时间较长时,微颗粒总数相对较 大,其变化量也较大,夹角为90°时则明显不同,有的 清洗后微颗粒数量反而增多,这说明粘附于垂直表 面的微颗粒主要以物理化学性粘附为主,比夹角较 小时的重力自然沉降粘附作用力大,清洗时不易去 除,甚至有些大颗粒团会由于清洗作用一分为二,形 成多个小颗粒,致使清洗后微颗粒数量反而增加,使 得清洗前后数量变化趋势不明显,变化没有规律。 比较图5~图7中(b)可知:微颗粒平均粒径与 时间、角度和清洗剂种类没有明显关系,粒径主要集 中在12~22μm。

比较图5~图7中(c)可知:微颗粒的遮光比变 化趋势与微颗粒总数变化基本类似,但图7(c)中10 天的A1值明显偏大,存在一定的偶然性。

2·3　TiO2表面微颗粒分析

通过图像显微分析系统,实验对TiO2表面微颗 粒进行了人工分析,图8列出了部分有代表性的显 微分析图片(740μm×530μm),图中深色近似圆形 的为微颗粒,片状阴影为载玻片表面形成的TiO2薄 膜。



通过对比分析清洗前的显微分析图片发现:微 颗粒粘附数量与时间成正比,微颗粒直径、体积有随 采样时间不断增大的趋势。对比分析清洗前后的显 微图片可知:通过清洗微颗粒的数量明显减少,粒径 明显变小。当采样时间较短(≤10天)时,采用清水 与洗衣粉溶液清洗的效果差不多,但当采样时间较 长(30天)时,洗衣粉溶液清洗的效果较好,这说明 随着采样时间增加,表面粘附微颗粒变得难以清除, 实验结果表明:日常进行玻璃表面清洗时,可选择15 天左右进行一次,最好与一定量的清洗剂配合使用 效果更好,有利于清除表面粘附的微颗粒,同时起到 玻璃表面防尘保洁的作用。

3　结论

1)通过对比三种试剂清洗前后质量变化为: TiO2>清洗剂>未处理,证明可以采取预处理技术 一定程度上能实现玻璃表面防尘自洁的目的。 2)TiO2预处理表面0°时质量变化绝对值与时 间成反比关系, 90°时成正比关系,说明在较短时间 (≤3天)内夹角小时易清除,当时间较长时,夹角大 的易清除;时间较短(≤3天)时,清洗剂处理表面质 量变化较小,整体要小于未处理时,但随时间增加, 其质量开始有较大变化,且都不低于未处理时的情 况,说明经清洗剂处理表面对于较长时间的表面微 颗粒清除具有促进作用。

3)清洗前后表面颗粒总数在0°、45°时与时间成 正比关系,在90°时不明显,有的经清洗后总数反而 增加,说明粘附于90°表面的微颗粒主要是物理化学 粘附作用,比重力沉降微颗粒的粘附力要大,不易清 除,甚至有些大颗粒团在清洗作用一分为二,形成多 个小颗粒,致使总数不降反升。

4)微颗粒平均粒径与时间、角度和清洗剂类型 没有明显关系,粒径主要集中在12~22μm,遮光比 整体变化趋势与颗粒总数类似。

5)实验结果表明:日常进行玻璃表面清洗时,可 选择15天左右进行一次,最好与一定量的清洗剂配 合使用效果更好,既有利于清除表面粘附的微颗粒, 又能起到玻璃表面防尘保洁的作用。

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感谢分享，学习了