一種基于二氧化鈦納米纖維的紫外光催化微反應芯片系統(tǒng)技術方案

一種基于二氧化鈦納米纖維的紫外光催化微反應芯片系統(tǒng)，用于污染物的光催化降解，以外部精確流體注射泵為動力源，以PDMS軟刻蝕技術為基礎，通過芯片封裝使微通道與具有高比表面積和三維多孔的二氧化鈦電紡納米纖維膜光催化劑相結合，使反應物流體與催化劑接觸面積增大，進而提高光催化降解效率。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術主要涉及光催化領域，特別提供了一種基于二氧化鈦納米纖維的紫外光催化微反應芯片系統(tǒng)。
技術介紹
光催化反應是利用光能進行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的一種方式，在光和催化劑同時作用下能將多種有機污染物、還原性無機污染物等徹底礦化去除，而且具有反應條件溫和、效率高等優(yōu)點，是極具前途的綠色環(huán)境凈化技術。二氧化鈦光催化劑性質(zhì)穩(wěn)定、無毒廉價，是該領域中應用最多的半導體光催化材料。在目前的光催化反應中，二氧化鈦主要以納米粉體或薄膜涂層的形式存在，納米粉體比表面積大但回收困難，而薄膜涂層比表面積小反應效率低。采 用靜電紡絲制備的二氧化鈦納米纖維膜具有極大的比表面積和極高的孔隙率，作為催化劑能夠有效提聞與反應物的接觸面積，從而提聞反應效率。微流控芯片是將生物、化學中多種基本操作單元集成在一塊幾平方厘米的芯片上，取代常規(guī)生物或化學實驗室各種功能，集微型化、集成化、自動化等優(yōu)勢于一體。基于微流控芯片技術的微化學反應器由于反應空間尺度小，反應體系比表面積極大，傳質(zhì)路徑極短，反應物接觸更加充分，因而反應體系轉(zhuǎn)化率有明顯提高。將二氧化鈦電紡納米纖維膜作為光催化劑與微流控芯片相結合形成光催化微反應器可以結合二者的優(yōu)勢，增大反應物與催化劑的有效接觸面積，從而大大縮短反應時間，提高反應效率。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于提供一種基于二氧化鈦納米纖維的紫外光催化微反應芯片系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于污染物的紫外光催化降解。本專利技術提供了一種基于二氧化鈦納米纖維的紫外光催化微反應芯片系統(tǒng)，該系統(tǒng)由光催化微反應芯片和輔助設備構成；其中，光催化微反應芯片包括含有微通道結構的PDMS基片、光催化劑二氧化鈦纖維薄膜和玻璃底片；輔助設備包括精密注射泵、醫(yī)用注射器、LED紫外燈和連接軟管；通過封接技術將二氧化鈦納米纖維薄膜封接于芯片上下基片間，形成夾心結構。本專利技術提供的所述基于二氧化鈦納米纖維的紫外光催化微反應芯片系統(tǒng)，所述微通道結構采用PDMS軟刻蝕形成，通道寬度范圍為IOOiinTlmm,通道高度100 y m。本專利技術提供的所述基于二氧化鈦納米纖維的紫外光催化微反應芯片系統(tǒng)，所述二氧化鈦納米纖維薄膜采用靜電紡絲法制備；靜電紡絲所用前驅(qū)體溶液由聚乙烯吡咯烷酮、乙醇、冰醋酸、鈦酸四丁酯按照一定比例混合而成；靜電紡絲采用電壓范圍為7k疒10kV，流速范圍為0. 5ml/h l. Oml/h ;電紡制備的前驅(qū)體纖維經(jīng)過高溫處理2h,最終形成二氧化鈦納米纖維。本專利技術提供的所述基于二氧化鈦納米纖維的紫外光催化微反應芯片系統(tǒng)，所述注射泵用于實現(xiàn)對流體流速的控制，并通過連接軟管將流體引入光催化微反應芯片通道內(nèi)；所述LED紫外燈提供紫外光引發(fā)二氧化鈦納米纖維光催化作用。本專利技術提供的所述基于二氧化鈦納米纖維的紫外光催化微反應芯片系統(tǒng)，所述光催化劑二氧化鈦納米纖維膜封接于PDMS基片與玻璃底片之間，封接技術是采用甲苯稀釋的PDMS膠接，封接后的芯片真空加熱固化。本專利技術提供的紫外光催化降解微反應芯片系統(tǒng)結構簡單、操作簡便，采用比表面積大、孔隙率高的二氧化鈦電紡納米纖維膜為光催化劑，結合微通道網(wǎng)絡，充分提高了反應物與催化劑的接觸面積，從而有效提升光催化效率。附圖說明圖I為紫外光催化微反應芯片結構圖，其中I為微通道，2為二氧化鈦納米纖維膜，3為流體入口，4為流體出口 ； 圖2為二氧化鈦電紡納米纖維表面形貌；圖3為不同濃度亞甲基藍水溶液光催化降解率；圖4為不同光照時間下亞甲基藍水溶液光催化降解效率。具體實施例方式以PDMS軟刻蝕技術形成微通道，以靜電紡絲技術制備二氧化鈦納米纖維薄膜，通過膠接方法將二氧化鈦納米纖維薄膜封接于基片和底片間后固化。配制不同濃度反應物溶液，采用紫外分光光度計檢測反應物溶液吸光度，并建立吸光度與反應物濃度的標準曲線。利用注射泵作動力源，調(diào)節(jié)反應物溶液流速，使反應物溶液以設定流速進入芯片通道，與二氧化鈦納米纖維膜相接觸，并在LED紫外光照射下進行光催化降解，反應產(chǎn)物通過導管進入收集瓶中，采用紫外分光光度計進行檢測，并通過標準曲線計算降解率。實施例I利用實驗室自行設計并制作的光催化微反應芯片系統(tǒng)，構型如圖I所示，通道尺寸深度為IOOiim,寬度為500 iim。配制亞甲基藍水溶液,濃度分別為3mg/ml、5mg/ml、7mg/ml、10mg/ml，注射泵流速100iil/min。結果如圖3所示，芯片對不同濃度亞甲基藍具有較高降解率。實施例2利用實驗室自行設計并制作的光催化微反應芯片系統(tǒng)，構型如圖I所示，通道尺寸深度為lOOiim，寬度為500 iim。配制亞甲基藍水溶液，濃度10mg/ml，分別設定注射泵流速100iil/min、75iil/min、50iil/min及25iil/min，其對應反應物實際光照時間分別為12. 43s、19. 47s、25. 66s及53s。反應結束后采用紫外分光光度計進行檢測。其結果如圖4所示，隨著實際光照時間增加，光催化降解效率提高。實施例3利用實驗室自行設計并制作的光催化微反應芯片系統(tǒng)，構型如圖I所示，通道尺寸深度為lOOiim，寬度為500 iim。配制羅丹明B水溶液，濃度10mg/ml，設定注射泵流速lOOiU/min，連續(xù)運行10次。紫外檢測發(fā)現(xiàn)芯片對羅丹明同樣具有較高的降解效率，顯示出該系統(tǒng)適用于各種水溶性污染物的降解。權利要求1.一種基于二氧化鈦納米纖維的紫外光催化微反應芯片系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由光催化微反應芯片和輔助設備構成； 其中，光催化微反應芯片包括含有微通道結構的PDMS基片、光催化劑二氧化鈦纖維薄膜和玻璃底片；輔助設備包括精密注射泵、醫(yī)用注射器、LED紫外燈和連接軟管；利用封接技術將二氧化鈦納米纖維薄膜封接于PDMS基片與玻璃底片之間，形成夾心結構。2.根據(jù)權利要求I所述基于二氧化鈦納米纖維的紫外光催化微反應芯片系統(tǒng)，其特征在于所述微通道結構采用PDMS軟刻蝕形成，通道寬度范圍為lOOynTlmm，通道高度100 u m03.根據(jù)權利要求I所述基于二氧化鈦納米纖維的紫外光催化微反應芯片系統(tǒng)，其特征在于所述二氧化鈦納米纖維薄膜采用靜電紡絲法制備。4.根據(jù)權利要求3所述基于二氧化鈦納米纖維的紫外光催化微反應芯片系統(tǒng)，其特征在于所述靜電紡絲所用前驅(qū)體溶液由聚乙烯吡咯烷酮、乙醇、冰醋酸、鈦酸四丁酯按照一定比例混合而成；靜電紡絲采用電壓范圍為7kV 10kV，流速范圍為0. 5ml/tTl. Oml/h ;電紡制備的前驅(qū)體纖維經(jīng)過高溫處理2h，最終形成二氧化鈦納米纖維。5.根據(jù)權利要求I所述基于二氧化鈦納米纖維的紫外光催化微反應芯片系統(tǒng)，其特征在于所述精密注射泵控制流體的流速，并通過連接軟管將流體引入光催化微反應芯片通道內(nèi)。6.根據(jù)權利要求I所述基于二氧化鈦納米纖維的紫外光催化微反應芯片系統(tǒng)，其特征在于所述LED紫外燈提供紫外光引發(fā)二氧化鈦納米纖維光催化作用。7.根據(jù)權利要求I所述基于二氧化鈦納米纖維的紫外光催化微反應芯片系統(tǒng)，其特征在于所述封接技術是采用甲苯稀釋的PDMS膠接，封接后的芯片真空加熱固化。全文摘要一種基于二氧化鈦納米纖維的紫外光催化微反應芯片系統(tǒng)，用于污染物的光催化降解，以外部精確流體注射泵為動力源，以PDMS軟刻蝕技術為基礎，通過芯片封裝使微通道與具有高比表面積和三維多孔的二氧化鈦電紡納米纖維膜光催本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種基于二氧化鈦納米纖維的紫外光催化微反應芯片系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)由光催化微反應芯片和輔助設備構成；其中，光催化微反應芯片包括含有微通道結構的PDMS基片、光催化劑二氧化鈦纖維薄膜和玻璃底片；輔助設備包括精密注射泵、醫(yī)用注射器、LED紫外燈和連接軟管；利用封接技術將二氧化鈦納米纖維薄膜封接于PDMS基片與玻璃底片之間，形成夾心結構。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：秦建華，孟昭旭，
申請(專利權)人：中國科學院大連化學物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：