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纳米TiO_2及其复合水溶胶的制备及在纺织品功能整理中的应用研究

叶凤英  
【摘要】:纳米TiO_2因其具有光催化性、化学稳定性、紫外吸收、无毒廉价等优点,被广泛应用于空气净化,污水处理,自清洁玻璃,化妆品等领域,已成为当前最具有开发前景的绿色环保光催化剂。将纳米TiO_2光催化剂应用于纺织品中,可赋予织物光催化自清洁、抗紫外线、抗菌除臭等功能,具有广泛的应用前景。但由于纳米TiO_2自身对太阳光能的利用率低,并且广泛采用的湿化学方法制备二氧化钛薄膜过程中都需要后续的300℃以上的高温处理,才能获得结晶良好的二氧化钛薄膜,而高温条件不利于纳米TiO_2在不耐高温的纺织品基材上结晶,且TiO_2粒子与织物结合牢度差的问题,从而限制了纳米TiO_2在纺织领域的应用。针对这些问题,本文对纳米TiO_2的低温合成、可见光响应以及在纺织品功能整理的应用上进行了深入研究。 一、利用溶胶-凝胶法以钛酸四丁酯、水、冰醋酸为体系低温制备纳米TiO_2水溶胶,并研究分析水的用量、pH值和热晶化方式对纳米TiO_2低温结晶的影响。结果研究表明:当钛酸四丁酯与水的摩尔比为1:200,pH为1~2且在100~130℃汽蒸体系中处理TiO_2溶胶时,可得到晶型完整、分散均匀、粒径为8~10nm并具有高结晶度的锐钛矿型纳米TiO_2,其在紫外光下照射1.5h后,对亚甲基蓝的降解率可达97.1%以上。由于这种低温汽蒸热晶化处理制备的纳米TiO_2可以是粉体或是薄膜,因此可涂层在不耐高温的材料上。 二、采用直接混合法和分步沉淀法制备了摩尔比为10:1的TiO_2-ZnO复合粉体,该复合体可提高纳米TiO_2的可见光响应。通过利用XRD、DRS、SEM、EDS等技术对复合粉体结构进行了表征,并研究了TiO_2及TiO_2-ZnO复合粉体在不同光源下对亚甲基蓝(MB)的降解情况。结果表明:在紫外光、紫外-可见光和可见光下,光催化降解MB实验结果的活性顺序为:TiO_2/ZnO-1(直接混合法)TiO_2/ZnO-2(分步沉淀法)TiO_2。两种方法制备的TiO_2-ZnO复合粉体都表现出高于单一半导体的光催化活性。由于掺入了氧化锌,减少了复合粉体表面空穴-电子对的复合以及带隙的窄化,从而导致了复合粉体对光的吸收率增强。 三、将纳米TiO_2溶胶作为整理剂对棉织物进行功能性整理,可赋予棉织物持久优异的抗紫外线、自清洁等性能。通过采用不同热处理方式对织物进行处理,并用XRD、SEM对其结构表征,同时测定织物光催化降解MB及红酒等污渍的自清洁性能。结果表明:采用浸轧-烘干-汽蒸整理工艺所得到的棉织物表面纳米TiO_2粒子分散均匀,且结晶强度高于采用浸轧-焙烘和浸轧-烘干-水热整理工艺,同时汽蒸法整理后的棉织物,在紫外光照5h后,对MB的降解率可达88%以上;对红酒和咖啡污渍在紫外光照48h后的自清洁效果明显。并对TiO_2溶胶和纳米TiO_2/ZnO复合溶胶整理棉织物在太阳光下的自清洁性能以及其他性能进行研究。 四、为提高棉织物与纳米TiO_2的结合牢度,本文利用低温等离子体技术对棉纤维表面进行刻蚀和活化,使纤维表面能产生如C=O,-O-C=O,-COH,-COOH,CH2-OH等功能性基团。这些基团与TiO_2整理液在活性基团如O、O*2作用下产生化学反应,从而有效改善纤维与整理剂的结合牢度。结果表明:经低温等离子体处理过的棉织物与纳米TiO_2粒子之间结合牢固,10次水洗后的织物对红酒污渍仍具有良好的自清洁效果。


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