改性纳米TiO整理织物的消臭抗菌性能研究

摘要

TiO2光催化剂在紫外光照射下具有独特的消臭抗菌性能，但其受激产生的·OH具有强氧化性，会对负载基材造成光催化损伤，所以在很大程度上限制了它的推广应用。对TiO2光触媒进行屏蔽型改性是减少基材损伤的好办法。 本研究首先对具有光催化活性较强的纳米TiO2粉体(P-25)进行改性，通过水热反应在其表面均匀地包覆一层有机物层，再通过溶胶-凝胶法包裹SiO2层，最后经过高温烧灼制得核-壳中空结构的屏蔽型改性纳米TiO2粉体。采用TEM、EDS分析，证明了改性纳米TiO2制备过程中颗粒表面形态与元素的变化；通过XRD、FTIR分析，证明了纳米TiO2粉体改性后表面确实包了一层多孔膜的SiO2，其粉体粒径为20nm左右，锐钛矿相的含量在80％以上。隋性SiO2成为TiO2与被附着整理物之间的隔离层，既防止或减少了催化剂与纤维直接接触部分的纤维劣化，又能使臭气分子通过SiO2膜上的细孔与TiO2光催化剂接触，从而能发挥很好的消臭抗菌功能并有效地保护被整理织物。 随后对改性纳米TiO2进行分散，通过分散剂的选择、正交实验设计，制得了分散稳定较好、含量为1.0g/L的改性纳米TiO2水分散液。测试分散液的紫外可见吸收光谱，发现改性后的纳米TiO2相对未改性纳米TiO2，对光能的利用率有所降低。 然后，将改性纳米TiO2水分散液用于涤纶织物和棉织物的整理。研究发现涤纶织物和棉织物具有吸附气体的能力且对光催化降解有利，同时实验用臭气氨气、硫化氢气体受光照射会发生缓慢的氧化分解作用，只有改性纳米TiO2存在下光催化氧化对氨气、硫化氢气体起到显著的消臭作用。 棉纤维的强亲水性使织物表面分布的纳米颗粒较涤纶织物的多，同时由于棉纤维与涤纶纤维理化性能和形态结构的差异，使整理棉织物在紫外光照射下消臭抗菌性能及织物各种物理机械性能的变化普遍比涤纶大些，但总体趋势大体相同。 采用固着剂可提高改性纳米TiO2颗粒在涤纶织物和棉织物上的附着能力，但会影响整理织物光催化消臭性能的发挥。使用10g/L固着剂N-1，其整理涤纶织物和棉织物洗涤10次后仍有很好的消臭效果。在固着剂加入情况下，改性纳米TiO2整理涤纶织物和棉织物降解臭气的能力虽有降低，但只要延长光照时间，它们对臭气的的降解效率与未改性纳米TiO2整理涤纶织物和棉织物基本相同，同时改性纳米TiO2整理涤纶织物和棉织物使用7次后，消臭作用能稳定持续。 纳米TiO2整理涤纶织物和棉织物无光照培养18小时后具有很好的抗菌效果，培养期间光照90min后表现出了更好的光催化杀菌效果。在固着剂加入情况下，改性TiO2整理涤纶织物和棉织物的光催化抗菌性有一定降低，但仍有很好的抗菌效果。无论有无光照，含固着剂的改性纳米TiO2整理涤纶织物和棉织物具有很好的抗菌耐洗性。 改性纳米TiO2的活性虽有降低，但它基本不会影响到整理涤纶织物和棉织物的消臭抗菌性能，但却显著降低了光催化氧化对整理织物强力的损伤，减少了白度和染色织物K/S值的变化，而对整理织物的抗弯刚度影响不大，体现了改性纳米TiO2很好的屏蔽性和与被整理织物的阻隔性，有效地保护了涤纶织物和棉织物的物理机械性能。自制的屏蔽型改性纳米TiO2可以用于涤纶织物和棉织物的消臭抗菌整理。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

1.1纳米TiO2光催化技术的发展状况

1.2纳米TiO2的光催化原理

1.3影响纳米TiO2光催化性能的因素

1.3.1内部结构影响

1.3.2外部条件影响

1.4纳米TiO2光催化剂的应用现状

1.4.1纳米TiO2光催化在环境工程中的应用

1.4.2纳米TiO2光催化在纺织上的应用情况

1.5本课题研究的意义及内容

1.5.1本课题研究的意义

1.5.2本课题研究的内容

第二章实验及测试方法

2.1实验材料、药品及仪器

2.1.1材料

2.1.2药品

2.1.3仪器

2.2实验及测试方法

2.2.1改性纳米TiO2粉体的制备

2.2.2透射电子显微镜分析(TEM)

2.2.3能谱分析(EDS)

2.2.4 X射线衍射分析(XRD)

2.2.5傅立叶红外光谱分析(FTIR)

2.2.6改性纳米TiO2水分散液的制备

2.2.7改性纳米TiO2水分散液粒径的测定

2.2.8紫外-可见吸收光谱分析(UV-Vis)

2.2.9涤纶织物的改性纳米TiO2整理工艺

2.2.10棉织物的改性纳米TiO2整理工艺

2.2.11涤纶织物的染色实验

2.2.12棉织物的染色实验

2.2.13扫描电镜分析(SEM)

2.2.14耐洗性测试

2.2.15消臭效果测试

2.2.16气体初始浓度测定

2.2.17抗菌性能测试

2.2.18断裂强力测试

2.2.19抗弯刚度测试

2.2.20气相色谱分析(GC)

2.2.21白度测试

2.2.22 K/S值测定

第三章结果与讨论

3.1改性纳米TiO2粉体的结构及性能表征

3.1.1改性纳米TiO2粉体的透射电镜分析

3.1.2改性纳米TiO2粉体的能谱分析

3.1.3改性纳米TiO2粉体的X射线衍射分析

3.1.4改性纳米TiO2粉体的傅立叶红外光谱分析

3.2改性纳米TiO2水分散液的制备及性能研究

3.2.1分散剂对改性纳米TiO2分散性能的影响

3.2.2改性纳米TiO2分散工艺的优化

3.2.3改性纳米TiO2水分散液吸收紫外光的性能分析

3.3改性纳米TiO2分散液整理织物的消臭抗菌性能研究

3.3.1改性纳米TiO2整理织物的纤维表面形貌分析

3.3.2气体的吸附、光氧化及光催化氧化性能

3.3.3固着剂对改性纳米TiO2整理织物消臭作用的影响

3.3.4改性纳米TiO2整理织物的耐水洗性

3.3.5改性纳米TiO2整理织物的消臭作用分析

3.3.6改性纳米TiO2整理织物消臭作用的持续性分析

3.3.7改性纳米TiO2整理织物的抗菌性能

3.4光催化氧化对纳米TiO2整理织物性能和色光的影响

3.4.1光催化氧化对纳米TiO2整理织物断裂强力的影响

3.4.2光催化氧化对纳米TiO2整理织物抗弯刚度的影响

3.4.3纤维受光催化氧化的分解性能分析

3.4.4光催化氧化对纳米TiO2整理织物白度的影响

3.4.5光催化氧化对纳米TiO2整理染色织物K/S值的影响

第四章结论

参考文献

附录 硕士期间所发表的论文

致谢