纳米二氧化钛的低温制备及其在纺织品整理中的应用的研究

摘要

纳米技术在全世界范围内掀起的热潮,被称之为一场正在来临的技术革命。纳米技术的基础是纳米材料。在充满生机的21世纪,信息技术、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求。研究纳米材料的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次。
　　 纳米TiO2是一种半导体光催化剂。从20世纪70年代开始,利用半导体光催化剂处理各种污染物废水的研究已有大量的报道,其降解对象涉及酚类、染料、烃类、表面活性剂、有机颜料、卤代芳香化合物、多环芳烃、农药等多种重要有机化合物和部分无机化合物。纳米TiO2的化学性质和光学性质均十分稳定；具有强氧化还原性、难溶、且无毒价廉、来源充足；利用纳米TiO2几乎可以矿化各种有机污染物。纳米二氧化钛还有其他许多用途,如自清洁、防雾、杀菌和光电转化等。
　　 纳米二氧化钛晶体应用于纺织品的困难在于:纺织品不耐强酸、强碱、高温,所以通常制备纳米二氧化钛晶体的方法并不适用于纺织品。而传统的整理工艺通常用粘结剂将纳米二氧化钛粉末固定于织物表面,这种方法因晶体被粘结剂包裹而失去了光催化去污作用。
　　 本课题采用软化学方法(在低温低压条件下)制备纳米TiO2粉体。我们拟在制备纳米TiO2的过程中把它处理到纺织品上,利用其自清洁和降解作用,赋予纺织品易去污的性能。我们选用液相低温合成的方法,省去了煅烧工艺、适用于纺织品、而且可以降低成本。我们用X-射线衍射法对制备的二氧化钛粒径和结构信息进行了表征,还用透射电镜照片进行了对比,结果表明:制备的纳米TiO2粒径最大为26.94nm,最小仅为2.56nm；有单一晶型,也有混合晶型；粒子形状有球形,也有棒状。
　　 本论文采用甲基橙溶液作为底物,通过研究自制的纳米TiO2对甲基橙的光催化降解效率来研究纳米二氧化钛的光催化性能。并研究了制备过程中影响光催化性能的因素。结果表明,不同制备方法及不同制备条件会影响纳米TiO2的粒径和晶型,从而影响其光催化效果。
　　 我们用不同的方法把自制的纳米TiO2处理在不同的纺织品上,用水洗后织物的白度和光催化效率来评价织物的耐水洗牢度和光催化性能。实验结果表明,微波处理时间短,可用于棉织品,未洗涤时催化速度快,但耐洗涤性较差；热液法对较耐酸的化纤类纺织品更适合,耐洗涤性能好。
　　 但是纳米二氧化钛用粘结剂处理到纺织品上时,由于粘结剂的包裹可能会导致催化剂失效。有文献报道,采用表面改性的方法处理纳米二氧化钛,可以避免这一点。作为应用的另一途径,我们对此也作了尝试:在纳米TiO2颗粒表面用碳层覆盖。实验结果表明,光催化和耐洗涤效果明显。这种方法为纳米晶体氧化钛用于纺织品的后整理提供了新的途径,也为纳米技术应用于纺织品的去污、杀菌等工艺提供了新的技术。此表面改性氧化钛粉末的方法已申请专利(专利号:200510111713.6)。

目录

文摘

英文文摘

一、 前言

1.1 纳米技术和纳米材料及其应用概述

1.2 纳米二氧化钛的应用现状

1.3 纳米二氧化钛在纺织品应用的远景和难点

二、 理论部分

2.1 纳米二氧化钛的结构特性

2.2 纳米二氧化钛的物理效应和胶体的特性

2.3 纳米二氧化钛的制备

2.4 纳米颗粒的表征

2.5 纳米二氧化钛的光催化原理

2.6 纳米微粒的表面改性

三、 实验部分

3.1 实验试剂和仪器

3.2 纳米二氧化钛粉体的制备、表征与光催化性能

3.2.1 纳米二氧化钛低温制备的意义

3.2.2 实验材料与方法

3.2.3 结果与讨论

3.2.4 小结

3.3 纳米二氧化钛处理到纺织品上的光催化性能研究

3.3.1 纳米晶体TiO2在纺织品中应用研究

3.3.2 实验材料与方法

3.3.3 结果与讨论

3.3.4 小结

3.4 表面改性的纳米二氧化钛处理的纺织品的光催化性能

3.4.1 实验材料与方法

3.4.2 结果与讨论

3.4.3 小结

四、 结论

参考文献

附录

附录1

附录2

致谢