高分散納米TiO2的低溫制備、生長控制及在棉制品上的應用.pdf

1、由于納米TiO2粉體粒徑小、比表面大、表面能高以及特殊的表面結構，使其生長不易控制，且容易團聚，在水相或其他介質中分散不穩(wěn)定。同時，一般制備的TiO2需要采用300℃以上的高溫處理，才能獲得結晶良好的粉體或薄膜，而這對于柔性紡織品而言是無法承受的。
　　為了控制納米TiO2的生長，使其能均勻分散，不易團聚，且使納米TiO2應用于柔性紡織品時無需高溫處理，也能獲得結晶良好的粉體或薄膜，并能在紡織品上實現(xiàn)納米粒子與纖維的堅牢結合，本文

2、對納米TiO2的低溫制備和結晶、熱晶化處理方式、摻雜改性及其在紡織品上復合多功能整理工藝、光催化性能評價方法等方面進行較深入的研究。主要研究內容和創(chuàng)新性成果如下
　　一、納米TiO2水溶膠的低溫制備與結晶方式研究
　　利用溶膠-凝膠法在過量水體系條件下低溫制備了銳鈦礦型TiO2水溶膠，并創(chuàng)新性地應用汽蒸熱晶化處理方式對TiO2溶膠進行低溫結晶，獲得了晶型完整、高結晶度和高催化活性的納米TiO2粉體或薄膜。同時分析和探討了水量

3、、pH值、反應物的滴加順序和熱晶化方式等對納米TiO2低溫結晶的影響。結果表明:當鈦酸四丁酯與水的摩爾比超過1∶100，在100～120℃水汽蒸體系中處理TiO2溶膠后，能使鈦酸四丁酯水解得更徹底，所制得的粉體晶型更完善，結晶度高，粒徑小且光催化性能好。這種低溫汽蒸熱晶化處理的方法無須經過高溫燒結，可應用于不耐高溫的紡織材料上，從而拓寬了納米TiO2的應用領域。
　　二、摻雜金屬或非金屬離子與納米TiO2水溶膠的協(xié)同效應
　

4、　通過摻雜金屬和非金屬離子到低溫制備的納米TiO2的晶格中或負載到TiO2表面上，可在TiO2中引入缺陷或改變結晶度，使摻雜后的TiO2禁帶寬度變窄，影響光生電子與光生空穴的復合，并在可見光條件下也可激發(fā)其產生光催化能力，拓寬TiO2的光響應范圍。以鐵、銀、氮和碳等為摻雜元素，通過溶膠-凝膠一步法直接摻雜離子制備摻雜納米TiO2，并利用它們之間的協(xié)同效應來提高TiO2的光催化活性。與未摻雜的TiO2相比，摻雜TiO2在可見光下對亞甲基藍

5、有很好的降解效果，且摻雜TiO2的光催化活性主要取決于摻雜離子的特性和濃度。將摻雜后的納米TiO2處理到織物上，可賦予其較好的抗紫外線和抗菌效果。
　　三、納米TiO2/ZnO復合體系的制備及對其光催化性能的影響
　　利用納米ZnO對納米TiO2表面進行修飾，采用直接混合法和分步沉淀法制備摩爾比為9∶1的TiO2/ZnO復合粉體，比較不同方法制備的納米復合物的結構與性能差異，分析其對紫外光、紫外-可見光及可見光下的光催化活性

6、和自清潔性能的影響。在納米TiO2中復合一定量的ZnO，可以使Zn2+作為電子接受體，加強了對電子的爭奪，抑制了復合物表面電子-空穴對的復合，從而能導致復合物的表面產生更多的O2-和·OH，使其去除有機物的能力得到了明顯的提高。研究結果顯示:納米TiO2/ZnO復合物紫外吸收邊帶發(fā)生了紅移，且?guī)赌軠p少，使其在可見光下也可以被激發(fā)產生光催化活性。同時，利用TiO2/ZnO復合物對織物進行自清潔整理，可賦予織物在太陽光下也具有良好的光催化

7、自清潔性能。
　　四、低溫制備的納米TiO2生長控制及多功能整理工藝
　　將低溫制備的納米TiO2溶膠應用于棉制品上，分析各種整理工藝對其生長控制和分散均勻性的影響，使處理后的棉織物能具有良好的抗紫外線、抗菌、自清潔和降解VOC等性能。研究表明:采用新型的汽蒸處理方式，在無分散劑存在的情況下，能控制TiO2的生長和水解反應，使其粒子在棉織物上均勻分散，不易團聚，結晶強度高于傳統(tǒng)的焙烘和水熱整理工藝，且與纖維結合有一定的堅牢度

8、，對織物的理化性能也無明顯的影響，并可防止纖維可能產生的裂化現(xiàn)象。
　　同時，采用等離子技術對棉纖維表面進行預處理，使纖維表面能產生如C=O，-COOH，CH2-OH等功能性基團，從而可有效地改善纖維與整理劑TiO2的結合牢度，進一步提高織物的耐洗性，并賦予織物持久復合多功能性。
　　本文還自主建立了在線檢測VOC測試艙，研究利用特殊的傳感器、基本評價裝置、數(shù)據(jù)編程、在線檢測儀表等組成的織物光催化性能在線VOC檢測系統(tǒng)。這個