稀土摻雜二氧化鈦的制備與抗菌性能研究.pdf

1、納米二氧化鈦因其具有的納米特性而被應(yīng)用到醫(yī)學(xué)早期診斷和治療中;作為一種生物安全性,相容性良好,可有效改善一些生物材料的界面問題,已被廣泛用于改善傳統(tǒng)生物材料相容性的研究;作為一種殺菌徹底和長效抗菌的抗菌材料而被廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)生物材料抗菌、醫(yī)療器械表面抗菌和衛(wèi)生保健,以及日常生活息息相關(guān)相關(guān)的廚具,衛(wèi)生設(shè)施、家用電器、建筑材料、高速公路設(shè)施等方面。
　　二氧化鈦作為保健型抗菌材料同時具有抗菌、凈化空氣的功能,又具有無毒、無味、無刺激

2、性、耐熱性能好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,成本低的特點,但是不可否認(rèn)的是TiO2的也存在自身的問題,主要是光催化活性不高。
　　金屬離子摻雜可以有效的提高TiO2光催化活性,目前,有學(xué)者用1種方法制備1-3種稀土元素?fù)诫s,或在制備不同方法條件下制備的稀土摻雜二氧化鈦,在不同評價體系下所得到的結(jié)果,不具有比較性。本研究工作主要是在前期研究的基礎(chǔ)之上,用共沉淀法和溶膠凝膠法對鑭系7種稀土元素?fù)诫s二氧化鈦進(jìn)行比較研究。包括:以羅丹明B為模型有機(jī)物,

3、評價光催化活性;測定吸附能力;并對活性較高的稀土摻雜二氧化鈦進(jìn)行了XRD,XPS,BET,SEM表征;最后對稀土摻雜二氧化鈦進(jìn)行了抑菌鑒定。
　　本論文研究工作結(jié)論如下:
　　1、共沉淀制備的稀土摻雜二氧化鈦的光催化活性明顯高于溶膠凝膠法,分析原因是:
　　1)兩種方法制備的稀土摻雜二氧化鈦都具有混合晶體結(jié)構(gòu),但其主要催化作用的銳鈦礦在共沉淀法制備的材料中含量較多,其中 COP1.0wt％ Gd-TiO2-800比SG

4、1.0wt%Gd-TiO2-600的銳鈦礦相含量分別為87%和79%,且共沉淀法制備的材料的晶體粒徑大于溶膠-凝膠法的,分別為40.3nm和26.9nm(XRD分析);
　　2)溶膠-凝膠法制備的稀土摻雜二氧化鈦表面存在前驅(qū)體引入的C元素可能是導(dǎo)致光催化活性下降的主要原因(XPS);
　　3)共沉淀法制備的稀土摻雜二氧化鈦具有75%的介孔(2~50nm)和25%的大孔(>50nm)結(jié)構(gòu),溶膠-凝膠法制備的材料只有介孔結(jié)構(gòu),而

5、大孔有利于光能和反應(yīng)物進(jìn)出催化劑粒子內(nèi)部(BET)。
　　4)許多COP1.0wt.%Gd-TiO2-800粒子呈球形或橢圓形,比較松散。相比而言, SG1.0 wt.%Gd-TiO2-600樣品粒子為薄片狀或矩形,比較致密(SEM)。
　　2、14種材料中以共沉淀法制備的Gd-TiO2的催化活性最高(表觀反應(yīng)速率常數(shù)為0.032min-1),主要的原因可能是釓的7f電子層是半充滿狀態(tài)。當(dāng)釓離子捕獲電子后,半充滿的電子形態(tài)被

6、破壞,其穩(wěn)定性下降,被捕獲的電子容易轉(zhuǎn)移到吸附在催化劑表面的氧分子,釓離子返回到原來的穩(wěn)定半滿電子結(jié)構(gòu),這個過程中,電子被傳遞,有效抑制了電子空穴的復(fù)合,提高了二氧化鈦的光催化活性(活性評價)。
　　3、溶膠凝膠法制備的同一稀土元素?fù)诫s二氧化鈦的飽和吸附能力大于共沉淀法,主要是由于溶膠凝膠法制備稀土摻雜二氧化鈦的比表面積是共沉淀法的2.35倍(SG1.0 wt.%Gd-TiO2-600:36.9m2/g,COP1.0wt.%Gd-

7、TiO2-800:14.8 m2/g)(BET測定),同時也說明材料吸附能力的大小不是活性大小決定因素。
　　4、兩種方法制備的稀土摻雜二氧化鈦表面O/Ti原子比稍大于2(平均為2.02),氧含量較高的原因可能是該催化劑表面上存在Gd2O3(XPS)。
　　5、稀土摻雜 TiO2具有較為明顯的抗菌性能,且共沉淀法制備的稀土摻雜二氧化鈦抑菌圈明顯大于溶膠凝膠法,共沉淀法中以Gd、Yb、Sm抗菌活性最高,這與光催化評價結(jié)果相似。