高分散納米TiO2的低溫制備、生長控制及在棉制品上的應(yīng)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(jié)構(gòu)，使其生長不易控制，且容易團(tuán)聚，在水相或其他介質(zhì)中分散不穩(wěn)定。同時(shí)，一般制備的TiO2需要采用300℃以上的高溫處理，才能獲得結(jié)晶良好的粉體或薄膜，而這對(duì)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(tuán)聚，且使納米TiO2應(yīng)用于柔性紡織品時(shí)無需高溫處理，也能獲得結(jié)晶良好的粉體或薄膜，并能在紡織品上實(shí)現(xiàn)納米粒子與纖維的堅(jiān)牢結(jié)合，本文

2、對(duì)納米TiO2的低溫制備和結(jié)晶、熱晶化處理方式、摻雜改性及其在紡織品上復(fù)合多功能整理工藝、光催化性能評(píng)價(jià)方法等方面進(jìn)行較深入的研究。主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新性成果如下
　　一、納米TiO2水溶膠的低溫制備與結(jié)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(yīng)用汽蒸熱晶化處理方式對(duì)TiO2溶膠進(jìn)行低溫結(jié)晶，獲得了晶型完整、高結(jié)晶度和高催化活性的納米TiO2粉體或薄膜。同時(shí)分析和探討了水量

3、、pH值、反應(yīng)物的滴加順序和熱晶化方式等對(duì)納米TiO2低溫結(jié)晶的影響。結(jié)果表明:當(dāng)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(jié)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(jīng)過高溫?zé)Y(jié)，可應(yīng)用于不耐高溫的紡織材料上，從而拓寬了納米TiO2的應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)
　

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(fù)載到TiO2表面上，可在TiO2中引入缺陷或改變結(jié)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(fù)合，并在可見光條件下也可激發(fā)其產(chǎn)生光催化能力，拓寬TiO2的光響應(yīng)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(yīng)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(duì)亞甲基藍(lán)

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(fù)合體系的制備及對(duì)其光催化性能的影響
　　利用納米ZnO對(duì)納米TiO2表面進(jìn)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(fù)合粉體，比較不同方法制備的納米復(fù)合物的結(jié)構(gòu)與性能差異，分析其對(duì)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(fù)合一定量的ZnO，可以使Zn2+作為電子接受體，加強(qiáng)了對(duì)電子的爭(zhēng)奪，抑制了復(fù)合物表面電子-空穴對(duì)的復(fù)合，從而能導(dǎo)致復(fù)合物的表面產(chǎn)生更多的O2-和·OH，使其去除有機(jī)物的能力得到了明顯的提高。研究結(jié)果顯示:納米TiO2/ZnO復(fù)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(chǎn)生光催化活性。同時(shí)，利用TiO2/ZnO復(fù)合物對(duì)織物進(jìn)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(yīng)用于棉制品上，分析各種整理工藝對(duì)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(yīng)，使其粒子在棉織物上均勻分散，不易團(tuán)聚，結(jié)晶強(qiáng)度高于傳統(tǒng)的焙烘和水熱整理工藝，且與纖維結(jié)合有一定的堅(jiān)牢度

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