掺杂水性纳米TiO2的制备、性能及在纺织品功能整理上的研究

论文摘要

纳米TiO2具有颗粒小、比表面积大、磁性强、光催化性能好、吸收紫外线能力强、热导性好、可长期稳定贮存及对人体无害等性能，在纺织品领域的应用日趋普遍。但是目前纳米TiO2在纺织品上的应用存在着较多问题，如光响应范围窄、在水溶液中分散性差、与织物结合牢度差以及会使纺织品纤维发生裂化等，这些都制约了其在纺织领域的应用。针对上述问题，本文进行了一系列纳米TiO2的掺杂改性研究。选用价格低廉的TiCl4为前驱体，通过控制适宜的水解条件，无需高温煅烧，即可合成出圆球状，分散性好，颗粒粒径在60-80nm之间的TiO2，既简化制备工艺、节约能源、降低成本，又避免因煅烧引起的TiO2粒子团聚，提高其应用性能。通过透射电镜分析，这些尺寸在60-80nm的微球表面布满了尺寸在10nm左右的晶粒，此种结合形式增大了单个纳米TiO2球体的比表面积，可以有效提高纳米TiO2的光催化性能。通过对过渡金属元素Fe3+、Sn4+、Cu2+掺杂制备TiO2进行实验，系统分析不同掺杂元素、掺杂量对TiO2的性能和光催化活性的影响。研究表明：经1%Fe3+掺杂的纳米TiO2与未掺杂纳米TiO2相比，吸收峰和吸收带边的波长发生红移，红移幅度分别达到了22nm，103nm。可见经1%Fe3+掺杂使得纳米TiO2对光响应范围明显提高，吸收区域向可见光区拓展。通过光催化降解甲基橙活性实验，证实对纳米TiO2进行金属掺杂可有效提高其光催化活性。1%Fe3+掺杂的纳米TiO2比未经掺杂纳米TiO2，降解率提高34.7%；1%Sn4+掺杂的纳米TiO2比未经掺杂纳米TiO2，降解率提高37.2%。不同金属元素掺杂量存在一最佳值，Fe3+、Sn4+、Cu2+最佳掺杂量分别为：1%、1%和2%。通过在TiCl4水解液中添加不同改性剂，对合成TiO2晶相组成的影响进行研究，并对制备的纳米TiO2进行表面改性，提高纳米TiO2在水中的分散稳定性。详细研究不同改性剂（SHMP、D5040、TEA）对TiO2晶相组成的调控作用。通过XRD测试分析表明，添加适量SHMP可制得完全锐钛矿型的TiO2，添加适量D5040可制得锐钛矿型和金红石型的混晶TiO2，添加TEA对TiO2晶型影响不大，基本还为金红石型。并对改性剂影响TiO2分散稳定性进行系统分析。研究表明，经改性后纳米TiO2的等电点有不同程度的偏移。由在pH值中性范围内，改性纳米TiO2在水溶液中的分散稳定性情况进行判定，得知改性效果次序为：CDEA>KH-550>D5040>TEA。将制备得到的不同掺杂元素和晶相组成的纳米TiO2应用在棉织物上，并对棉织物功能性整理的效果进行系统研究，详细分析其对棉织物光降解甲醛、抗菌、抗紫外线和部分服用性能的影响。测试结果证实，经过纳米TiO2整理过的棉织物具备多重附加功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料概述
• 2的结构、性能及其在纺织品上的应用'>1.2 纳米TiO₂的结构、性能及其在纺织品上的应用
• 2的结构'>1.2.1 纳米TiO₂的结构
• 2的性能'>1.2.2 纳米TiO₂的性能
• 2在纺织品上的应用'>1.2.3 纳米TiO₂在纺织品上的应用
• 1.2.3.1 抗紫外纺织品
• 1.2.3.2 卫生保健纺织品
• 1.2.3.3 空气净化纺织品
• 1.2.3.4 远红外纺织品
• 1.2.3.5 自清洁纺织品
• 1.2.3.6 抗静电纺织品
• 2的制备方法研究进展'>1.3 纳米TiO₂的制备方法研究进展
• 1.3.1 水解法
• 1.3.2 沉淀法
• 1.3.3 溶胶—凝胶法
• 1.3.4 水热合成法
• 1.3.5 微乳液法
• 2在纺织品功能整理上存在的关键问题'>1.4 纳米TiO₂在纺织品功能整理上存在的关键问题
• 2光响应范围'>1.4.1 提高TiO₂光响应范围
• 1.4.1.1 贵金属沉积
• 1.4.1.2 金属离子掺杂
• 1.4.1.3 半导体复合
• 2在介质中的分散稳定性'>1.4.2 提高纳米TiO₂在介质中的分散稳定性
• 2对织物物理机械性能损伤'>1.4.3 降低纳米TiO₂对织物物理机械性能损伤
• 1.5 本论文研究内容及创新点
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 创新点
• 2的掺杂改性及光催化性能研究'>第二章 TiO₂的掺杂改性及光催化性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂与仪器
• 2的制备方法'>2.2.2 掺杂纳米TiO₂的制备方法
• 2.2.2.1 配制TiCl4储备液
• 2的制备工艺'>2.2.2.2 掺杂纳米TiO₂的制备工艺
• 2.2.3 产物性能表征
• 2.2.3.1 X-射线衍射分析（XRD）
• 2.2.3.2 紫外吸收测试（UV-VIS）
• 2.2.3.3 透射电子显微镜分析（TEM）
• 2.2.3.4 红外光谱测试（FT-IR）
• 2.2.3.5 元素含量分析测试（ICP）
• 2.2.3.6 热失重分析（TGA）
• 2.2.3.7 差热分析测试（DSC）
• 2.2.3.8 光催化活性测试
• 2.3 结果与讨论
• 2及催化性能'>2.3.1 铁离子掺杂TiO₂及催化性能
• 2表征分析'>2.3.1.1 铁离子掺杂TiO₂表征分析
• 2光催化活性'>2.3.1.2 铁离子掺杂TiO₂光催化活性
• 2及催化性能'>2.3.2 锡离子掺杂TiO₂及催化性能
• 2表征分析'>2.3.2.1 锡离子掺杂TiO₂表征分析
• 2光催化活性'>2.3.2.2 锡离子掺杂TiO₂光催化活性
• 2及催化性能'>2.3.3 铜离子掺杂TiO₂及催化性能
• 2表征分析'>2.3.3.1 铜离子掺杂TiO₂表征分析
• 2光催化活性'>2.3.3.2 铜离子掺杂TiO₂光催化活性
• 2.4 本章小结
• 2晶相组成、Zeta电位、粒径影响'>第三章 改性剂对铁掺杂TiO₂晶相组成、Zeta电位、粒径影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂与仪器
• 3.2.2 制备方法
• 3.2.3 产物性能表征
• 3.2.3.1 X-射线衍射分析（XRD）
• 3.2.3.2 Zeta电位分析测试
• 3.2.3.3 粒度分析测试
• 3.2.3.4 红外光谱测试（FT-IR）
• 3.3 结果与讨论
• 2的晶相组成的影响'>3.3.1 添加改性剂对TiO₂的晶相组成的影响
• 2晶相组成的影响'>3.3.1.1 SHMP对TiO₂晶相组成的影响
• 2晶相组成的影响'>3.3.1.2 D5040 对TiO₂晶相组成的影响
• 2晶相组成的影响'>3.3.1.3 TEA对TiO₂晶相组成的影响
• 2的Zeta电位的影响'>3.3.2 添加改性剂对TiO₂的Zeta电位的影响
• 2的粒度分布的影响'>3.3.3 添加改性剂对TiO₂的粒度分布的影响
• 3.3.4 红外图谱分析
• 3.4 本章小结
• 2应用于纺织品多功能整理的研究'>第四章 纳米TiO₂应用于纺织品多功能整理的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料与试剂
• 4.2.2 实验方法与计算
• 4.2.2.1 整理工艺
• 4.2.2.2 整理前后织物性能测试
• 4.2.2.3 光催化降解甲醛静态测试方法
• 4.2.2.4 光催化降解甲醛的动态测试方法
• 4.2.2.5 抗菌实验方法
• 4.2.2.6 抗紫外性能测试方法
• 4.3 结果与讨论
• 2处理织物的光催化性能'>4.3.1 纳米TiO₂处理织物的光催化性能
• 4.3.1.1 静态法测试结果
• 4.3.1.2 动态法测试结果
• 2处理织物的抗菌性能'>4.3.2 纳米TiO₂处理织物的抗菌性能
• 2处理织物的抗紫外性能'>4.3.3 纳米TiO₂处理织物的抗紫外性能
• 2处理织物的润湿性能'>4.3.4 纳米TiO₂处理织物的润湿性能
• 2对织物物理机械性能的影响'>4.3.5 纳米TiO₂对织物物理机械性能的影响
• 4.3.5.1 织物白度测试表征
• 4.3.5.2 织物断裂强力测试表征
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果
• 致谢