纳米二氧化钛光催化剂的制备及其在棉织物抗紫外整理中的应用

论文摘要

纳米二氧化钛因其化学性质稳定、无毒、成本低廉且具有催化、紫外屏蔽等性能,在半导体、催化剂、纺织品功能整理等领域有着广泛应用。为了进一步提高二氧化钛的光催化活性,需要对其进行改性研究。金属离子掺杂改性是最常见、最有效的办法之一,但是利用双元素共掺杂改性的报道并不多见。本文以钛酸四正丁酯为前驱物,无水乙醇为溶剂,二乙醇胺为抑制剂,采用溶胶-凝胶法制备了一系列纯净和掺杂的纳米二氧化钛光催化剂,采用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、紫外-可见（UV-VIS）吸收光谱对其进行了表征。并在紫外光照射下,以甲基橙的光催化降解为模型反应,考察了煅烧温度、掺杂量以及双元素共掺杂对光催化活性的影响。结果表明,在最佳煅烧温度条件下,合适量的Cu、Ag、Ce掺杂以及Ce-Cu、Ce-Ag双元素共掺杂可以一定程度上提高二氧化钛的光催化性能,且双元素共掺杂的效果更为明显。经过掺杂改性,不仅可以降低二氧化钛从锐钛矿向金红石相的转变温度,还可以抑制二氧化钛粒径的长大,增强二氧化钛对紫外线的吸收能力。近年来,通过涂层等技术将纳米二氧化钛粉末用于织物的功能整理方面的文章已经有了很多报道,然而利用低温技术在织物表面直接生长出纳米粒子的研究则很少见。本文以钛酸四正丁酯为前驱体,水解制成溶胶,通过浸轧的方式,对纯棉织物进行抗紫外整理,再对织物进行水热处理。以织物的紫外线透过率为参数评选依据,对织物整理工艺参数的确定进行了初步探索,并考察了整理次数对织物抗紫外性能的影响。采用X射线衍射（XRD）分析了二氧化钛的晶型,根据Scherrer公式计算了纳米二氧化钛颗粒的平均粒径;并用场发射扫描电镜（FESEM）观察了二氧化钛粒子的尺寸大小、形貌以及分布情况。还以织物的紫外线透过率为依据,研究了整理织物的抗紫外效果的耐久性,并对整理前后织物的白度、撕破强力等物理性能进行了测试和比较。结果表明:利用溶胶-凝胶技术,在低温条件下,对纯棉织物进行功能整理是可行的,在织物表面生成了粒径约为9nm的锐钛矿相纳米二氧化钛。经过整理的织物,具有突出的抗紫外和抗静电性能,还表现出一定的拒水性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 序言
• 1.1 纳米材料
• 1.1.1 纳米材料简介
• 1.1.2 纳米材料发展概况
• 1.1.3 纳米材料的发展意义
• 1.2 纳米二氧化钛简介
• 1.3 纳米二氧化钛的常用制备方法
• 1.3.1 物理法
• 1.3.2 化学法
• 1.4 纳米二氧化钛光催化剂国内外研究及应用现状
• 1.5 二氧化钛光催化机理
• 1.6 纳米二氧化钛光催化剂改性研究
• 1.6.1 复合半导体
• 1.6.2 半导体表面贵金属沉积
• 1.6.3 掺杂离子
• 1.6.4 表面敏化
• 1.6.5 表面螯合及衍生作用
• 1.7 掺杂改性纳米二氧化钛的研究前景
• 1.8 二氧化钛在抗紫外方面的应用
• 1.9 选题目的及研究内容
• 1.9.1 选题目的
• 1.9.2 研究内容
• 2 纳米二氧化钛粉体的制备及表征
• 2.1 化学试剂
• 2.2 实验仪器
• 2.3 纯净及掺杂纳米二氧化钛的制备
• 2.3.1 溶胶-凝胶法的基本原理
• 2.3.2 纯净纳米二氧化钛的制备
• 2.3.3 掺杂纳米二氧化钛的制备
• 2.4 纯净及掺杂纳米二氧化钛的表征
• 2.4.1 纯净纳米二氧化钛的XRD分析
• 2.4.2 掺杂纳米二氧化钛的XRD分析
• 2.4.3 晶粒尺寸及锐钛矿相百分含量分析
• 2.4.4 纳米二氧化钛的TEM分析
• 2.4.5 纯净纳米二氧化钛的UV-VIS吸收光谱分析
• 2.4.6 掺杂纳米二氧化钛的UV-VIS吸收光谱分析
• 2.5 本章小结
• 3 纳米二氧化钛的光催化性能研究
• 3.1 化学试剂
• 3.2 实验仪器
• 3.3 光催化性能的研究
• 3.3.1 最大吸收波长的确定
• 3.3.2 标准曲线的确定
• 3.4 光催化性能研究分析
• 3.4.1 煅烧温度对光催化活性的影响
• 3.4.2 掺杂量对光催化活性的影响
• 3.4.3 双元素共掺杂对光催化活性的影响
• 3.5 本章小结
• 4 纳米二氧化钛在棉织物抗紫外整理中的应用
• 4.1 试剂和仪器
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 化学试剂
• 4.1.3 实验仪器
• 4.2 整理工艺
• 4.2.1 溶胶的制备
• 4.2.2 工艺流程
• 4.2.3 工艺参数的选择
• 4.3 整理次数对织物抗紫外性能的影响
• 4.4 整理效果耐久性分析
• 4.5 整理织物的表征
• 4.5.1 X射线衍射（XRD）分析
• 4.5.2 场发射扫描电镜（FESEM）分析
• 4.6 整理前后织物物理性能测试
• 4.6.1 白度
• 4.6.2 强力损伤
• 4.6.3 平挺度
• 4.6.4 润湿性能
• 4.6.5 透气性
• 4.6.6 抗静电效果检测
• 4.7 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢