纳米二氧化钛/蒙脱石复合材料及抗菌性能研究

论文摘要

制备稳定、高效的负载型TiO2光催化剂是近年来TiO2光催化氧化技术研究的热点之一。本文以具有层状结构的蒙脱石为基体，利用蒙脱石很强的离子交换能力及层状结构特性，在其层间隙和表面负载TiO2纳米晶体，在较低温度下制备具有较高光催化活性的二氧化钛／蒙脱石复合光催化剂。分别从TiO2／蒙脱石复合环境矿物材料的制备、抗菌性能及其在涂料中的初步应用三个方面进行了研究。以期为TiO2光催化型抗菌剂在乳胶涂料中的实际应用提供理论依据。1．纳米二氧化钛／蒙脱石复合体系的制备和表征本研究采用Sol-Gel法，选择Ti（OC4H9）4-C2H5OH-HNO3（1mol／L）-CH3COOH体系以5：25：12：0．4的体积比制备钛溶胶，研究了理论负载量、固定化温度、干燥温度、焙烧温度等因素对复合材料光催化性能的影响，并得到了最优制备工艺条件：15 mmol／g的负载量，3％的蒙脱石矿浆浓度，25℃的固定化温度，70℃的干燥温度下制备二氧化钛／蒙脱石复合材料。该复合材料具有较高的光催化活性，当催化剂用量为2g／L时，光催化降解偶氮染料1h的脱色率为93．40％。采用XRD、FTIR和TEM技术从晶体结构、分子结构和表面形貌方面对复合体系进行表征分析。结果表明，复合体系中TiO2以锐钛矿-金红石混晶相的形式均匀覆盖于蒙脱石表面，其平均晶粒直径为6．98 nm；其中锐钛矿含量占92．34％，金红石含量占7．65％；TiO2进入了蒙脱石层间域。2．纳米二氧化钛／蒙脱石复合体系的抗菌性能研究以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作为不同革兰氏类型的细菌为代表，考察TiO2／蒙脱石复合材料的抗菌性能。结果表明，TiO2／蒙脱石复合光催化剂对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好的杀菌性能，光照75分钟后，杀菌率都可以达到99．9％。大肠杆菌比会黄色葡萄球菌对光催化作用表现出更高的敏感性。TiO2／蒙脱石在光照结束后一段时间内仍具有一定的“抗菌余效”。TiO2／蒙脱石复合光催化剂对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度（MIC）分别为390．6mg／L和781．25mg/L，符合同本抗菌协会对无机抗菌剂的抗菌性能的规定。初步考查了TiO2／蒙脱石复合光催化抗菌剂在乳胶涂料中的应用，并参照相关标准对其抗菌性能进行评价。当TiO2／蒙脱石复合材料用量为0．5％时，涂膜整体对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为88．89％和76．67％。适当地增大抗菌剂的用量有利于提高其抗菌性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与研究意义
• 1.2 抗菌材料
• 1.2.1 抗菌材料的分类及其特点
• 1.2.2 抗菌材料的研究现状
• 1.3 二氧化钛光催化材料
• 1.3.1 二氧化钛的特征和性质
• 1.3.2 二氧化钛的光催化原理
• 1.3.3 二氧化钛形态结构对其光催化性能的影响
• 1.4 二氧化钛制备方法
• 1.4.1 气相法
• 1.4.2 液相法
• 1.5 二氧化钛抗菌的机理、特点
• 1.5.1 二氧化钛抗菌的机理
• 1.5.2 二氧化钛抗菌的特点
• 1.6 抗菌技术在涂料中的应用
• 1.6.1 涂料抗菌的作用
• 1.6.2 涂料用抗菌剂的要求
• 1.6.3 纳米二氧化钛抗菌涂料
• 1.7 纳米二氧化钛的负载技术
• 1.8 研究目的与研究内容
• 2/蒙脱石复合体系的制备与表征'>第2章 TiO₂/蒙脱石复合体系的制备与表征
• 2/蒙脱石制备的理论基础'>2.1 TiO₂/蒙脱石制备的理论基础
• 2.1.1 蒙脱石的性质和特征
• 2的理论基础'>2.1.2 Sol-Gel法制备TiO₂的理论基础
• 2.1.3 反应体系的构建
• 2.1.4 制备条件确定
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 单因素实验
• 2.3.1 理论负载量对光催化性能的影响
• 2.3.2 固定化温度对光催化性能的影响
• 2.3.3 焙烧温度对光催化性能的影响
• 2.4 正交实验
• 2.4.1 正交实验设计
• 2.4.2 实验结果分析
• 2.4.3 实验结果检验
• 2.4.4 实验条件的优化组合
• 2.5 重复使用次数对光催化性能的影响
• 2光催化剂复合机理分析'>2.6 负载型TiO₂光催化剂复合机理分析
• 2/蒙脱石复合体系的表征'>2.7 TiO₂/蒙脱石复合体系的表征
• 2.7.1 复合体系的XRD分析
• 2.7.2 复合体系的FTIR分析
• 2.7.3 复合体系的TEM表征
• 2.8 小结
• 2/蒙脱石复合体系的抗菌性能研究'>第3章 TiO₂/蒙脱石复合体系的抗菌性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 试剂与仪器
• 3.1.2 细菌的培养及保存
• 3.1.3 细菌的生理结构特性
• 3.1.4 光催化抗菌实验
• 3.2 结果与讨论
• 2/蒙脱石复合材料的杀菌性能'>3.2.1 TiO₂/蒙脱石复合材料的杀菌性能
• 2/蒙脱石复合材料的最小抑菌浓度'>3.2.2 TiO₂/蒙脱石复合材料的最小抑菌浓度
• 2/蒙脱石复合材料在涂料中的抗菌性能'>3.3 TiO₂/蒙脱石复合材料在涂料中的抗菌性能
• 2在涂料中的应用方式'>3.3.1 纳米TiO₂在涂料中的应用方式
• 3.3.2 试样的制备
• 3.3.3 抗菌性能的评价
• 3.4 小结
• 第4章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 存在问题及研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录:攻读硕士学位期间发表的论文