Ag+、Cu2+协同TiO2抗菌自洁作用的研究与应用

论文摘要

金属离子的抗菌作用和TiO2的光催化抗菌除污作用已被人们广泛研究和应用。目前国内外抗菌材料和自洁材料的研究主要集中在单一作用机理与应用上,应用范围和应用效果有一定的局限性。论文通过Ag+、Cu2+协同TiO2抗菌自洁作用的研究,将Ag+、Cu2+和TiO2两种有效组分及作用复合在一起,制备出了抗菌自洁粉体材料并应用在涂料上,解决了目前抗菌材料作用单一性的问题,使传统抗菌材料既具有抗菌功能又具有自清洁功能,从而拓宽了应用范围,提高了应用效果。研究了Ag+、Cu2+的杀菌、抑菌作用和Ag+、Cu2+的含量对抗菌性能的影响,通过实验确定了Ag+、Cu2+的合理配比。合成出了具有多孔结构的磷酸钙载体材料,SEM观察磷酸钙载体材料颗粒为棒状,棒长约为100nm,宽10～15nm,晶粒之间为无规则孔状结构。研究了磷酸钙载体对Ag+、Cu2+的负载技术方法,制备出了Ag+、Cu2+抗菌粉体,抗菌实验检测其抗菌性能优异,稳定性能良好。研究了纳米TiO2的合成、改性、晶型转变的技术方法和影响因素以及对光催化活性的影响作用。实验以钛酸丁酯为前驱体,选用溶胶-凝胶法制备出了纳米TiO2粉体,用“掺杂能级法”和“混晶效应法”对纳米TiO2光催化性能进行了改性和提高。研究了Ce4+掺杂量、溶液pH值、热处理温度和时间等实验条件对纳米TiO2晶型转变、晶粒大小、混晶比例、光催化活性及抗菌自洁性能的影响。研究发现:Ce4+掺杂后形成了掺杂能级,从而提高了纳米TiO2的光催化活性;当锐钛矿和金红石两种晶型以一定比例共存形成混晶结构时,光催化活性比单一锐钛矿晶型明显提高。研究了一种载体同时负载两种有效成分的技术方法。用磷酸钙载体材料先负载改性纳米TiO2,经高温处理后再负载Ag+、Cu2+,制备出了抗菌自洁粉体材料。测试分析表明,纳米TiO2和Ag+、Cu2+较好地载入到了磷酸钙载体材料多孔结构中。对比实验表明:Ag+、Cu2+和纳米TiO2两种有效成分能很好的发挥协同复合作用,抗菌自洁粉体材料具有更好的抗菌性能和光催化降解有机物活性,24h内几乎能杀灭所有的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌,1h内对亚甲基蓝溶液的降解率达到了95.1%。将抗菌自洁粉体材料应用于普通建筑涂料中,使涂料的抗菌自洁性能得到了显著的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 抗菌自洁材料的发展现状
• 1.1.1 国外发展状况
• 1.1.2 国内发展状况
• 1.1.3 抗菌材料的发展趋势
• 1.2 无机抗菌材料的分类、杀菌机理及制备方法
• 1.2.1 抗菌材料的分类
• 1.2.2 无机抗菌材料分类
• 1.2.3 无机抗菌剂的杀菌机理
• 1.2.4 无机抗菌材料的制备方法
• 1.2.5 存在问题及解决办法
• 2抗菌自洁材料概述'>1.3 纳米TiO₂抗菌自洁材料概述
• 2的光催化反应原理'>1.3.1 TiO₂的光催化反应原理
• 2的制备方法'>1.3.2 纳米TiO₂的制备方法
• 2的光催化活性的影响因素'>1.3.3 TiO₂的光催化活性的影响因素
• 2的光催化技术存在的问题'>1.3.4 TiO₂的光催化技术存在的问题
• 2的改性方法'>1.3.5 纳米TiO₂的改性方法
• 1.4 抗菌自洁材料的应用
• 1.5 课题研究目的和意义
• 1.6 课题研究内容和创新
• 1.6.1 课题研究内容
• 1.6.2 课题创新之处
• +、Cu²⁺无机抗菌材料的制备、研究与性能表征'>第二章 Ag⁺、Cu²⁺无机抗菌材料的制备、研究与性能表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验技术路线
• 2.1.2 实验仪器与试剂
• 2.1.3 载体的选择
• 2.1.4 磷酸钙的制备
• 2.1.5 抗菌金属离子的选择
• +、Cu²⁺抗菌粉体的制备'>2.1.6 Ag⁺、Cu²⁺抗菌粉体的制备
• +、Cu²⁺的载入量的测定'>2.1.7 Ag⁺、Cu²⁺的载入量的测定
• 2.2 测试与表征
• 2.2.1 磷酸钙的微观结构分析
• 2.2.2 磷酸钙的比表面积测试
• 2.2.3 物相分析
• 2.2.4 抗菌性能测试
• 2.3 本章小结
• 2粉体的制备、改性研究与性能表征'>第三章 纳米TiO₂粉体的制备、改性研究与性能表征
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验技术路线
• 3.1.2 实验仪器与试剂
• 2粉体的制备'>3.1.3 纳米TiO₂粉体的制备
• 2粉体的改性'>3.1.4 纳米TiO₂粉体的改性
• 3.2 测试表征
• 2干凝胶TG-DTA热分析结果'>3.2.1 TiO₂干凝胶TG-DTA热分析结果
• 2晶型的影响'>3.2.2 pH值对TiO₂晶型的影响
• 2晶型的影响'>3.2.3 煅烧温度对TiO₂晶型的影响
• 4+对TiO₂晶型和晶格常数的影响'>3.2.4 掺杂Ce⁴⁺对TiO₂晶型和晶格常数的影响
• 3.2.5 SEM分析结果
• 3.2.6 FTIR分析结果
• 3.2.7 XPS分析结果
• 3.2.8 抗菌性能分析
• 3.2.9 光催化活性分析
• 3.3 本章小结
• +、Cu²⁺协同TiO₂抗菌自洁粉体制备、研究与性能表征'>第四章 Ag⁺、Cu²⁺协同TiO₂抗菌自洁粉体制备、研究与性能表征
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验技术路线
• 4.1.2 实验仪器与试剂
• 2的装载'>4.1.3 纳米TiO₂的装载
• +、Cu²⁺的装载'>4.1.4 Ag⁺、Cu²⁺的装载
• +、Cu²⁺的载入量的测定'>4.1.5 Ag⁺、Cu²⁺的载入量的测定
• 4.2 测试与表征
• 4.2.1 微观形貌分析
• 4.2.2 比表面积
• 4.2.3 物相分析
• 4.2.4 抗菌性能测试
• 4.2.5 光催化性能测试
• 4.3 本章小结
• 第五章 抗菌自洁涂料的制备与性能表征
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验仪器与试剂
• 5.1.2 实验过程
• 5.2 测试与表征
• 5.2.1 涂料技术性能测试
• 5.2.2 抗菌性能测试
• 5.2.3 光催化性能测试
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间公开发表论文及著作情况