【摘 要】
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ZnO是一种具有特殊结构的半导体材料,其作为光催化材料已经得到广泛应用。但是ZnO的缺点是带隙能量宽(3.37 e V),仅能利用占太阳光5%的紫外光部分,因此,对ZnO进行改性已成为现阶段研究的热点问题。本课题采用碳材料对ZnO进行改性,首先研究了氧化石墨烯(GO)以及丝素蛋白(SF)碳材料改性ZnO制备工艺;其次对改性材料的光催化活性以及光催化降解机理进行探讨;最后将改性材料整理到棉织物上,对
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ZnO是一种具有特殊结构的半导体材料,其作为光催化材料已经得到广泛应用。但是ZnO的缺点是带隙能量宽(3.37 e V),仅能利用占太阳光5%的紫外光部分,因此,对ZnO进行改性已成为现阶段研究的热点问题。本课题采用碳材料对ZnO进行改性,首先研究了氧化石墨烯(GO)以及丝素蛋白(SF)碳材料改性ZnO制备工艺;其次对改性材料的光催化活性以及光催化降解机理进行探讨;最后将改性材料整理到棉织物上,对整理后织物的各项性能进行探究。首先利用水热法合成不同形貌的ZnO材料,通过噻唑蓝(MTT)降解试验表明,不同形貌ZnO对MTT溶液的降解率大小依次为:棒状ZnO(83.6%)>花状ZnO(48.74%)>片状ZnO(25.46%),说明棒状ZnO可产生更多的超氧阴离子。利用GO对棒状ZnO进行掺杂,在可见光照射下,GO的掺杂使ZnO对甲基橙的降解率提高39.99%,带隙能量减小0.08 e V,证明碳材料的掺杂可以有效地提高ZnO材料的光催化活性。其次通过一步煅烧的方法成功制备出丝素蛋白碳材料改性的ZnO(S-ZnO),当SF:ZnO=0.5:1,煅烧温度为700℃时,S-ZnO材料光催化活性最好,甲基橙降解率可达到99.67%。S-ZnO带隙能量较ZnO降低0.59 e V,与PVP-ZnO和PAN-ZnO对比,S-ZnO也具有良好的光催化降解性能。最后对S-ZnO光催化降解甲基橙机理进行探讨,总结了S-ZnO光催化活性提高的三点原因:第一,丝素蛋白中C、N、S原子的掺杂改变了ZnO带隙能量;第二,ZnO表面的电子迁移至碳材料上,延长电子的作用时间;第三,碳材料可以吸附染料,增加ZnO与染料的接触。利用浸轧法制备出负载S-ZnO棉织物(S-ZnO/棉),并对织物防紫外线及其它性能进行研究。以紫外线防护系数为测试指标,筛选出制备S-ZnO/棉织物的最佳工艺为:浸渍时间为13 min,S-ZnO纳米粒子用量为7 g/L,粘合剂用量40 wt%,浸渍温度为55℃。最佳工艺下制备的S-ZnO/棉织物UVA透过率为3.96%,UVB透过率为0.72%,紫外线防护系数达到50+;经150 min水洗后紫外线防护系数仍能达到50+;经紫外光照射48 h后,织物的断裂强力为534.3 N,断裂伸长为31.6%,仍具有良好的力学性能;整理后织物急弹回复角为140.4°,缓弹回复角为198.4°;整理后织物透气性能略有下降,但不影响日常应用。经试验验证整理后的棉织物具有良好的防紫外性能、耐水洗牢度、力学性能、折皱回复性能和透气性能。将丝素蛋白碳材料改性的ZnO(S-ZnO)材料与疏水剂共同应用于棉织物上,制备出具有疏水性能的棉织物(LS-ZnO/棉)。以接触角为测试指标,筛选出制备LS-ZnO/棉织物的最佳工艺为:浸渍时间为7 min,S-ZnO纳米粒子使用的量为9 g/L,疏水剂用量为5 wt%,温度为55℃,在最佳工艺下制备的LS-ZnO/棉织物的静态接触角为144.9°,动态滑移角为9.7°;UVA透过率为2.96%,UVB透过率为0.52%,紫外线防护系数达到50+;经150 min水洗后静态接触角依然保持在136.7°;经紫外线照射48 h后,织物断裂强力为528.1N,断裂伸长为34.2%,仍具有良好的力学性能;透气性能略微变化,不影响日常使用。所以LS-ZnO/棉织物不仅具有优良的疏水和防紫外线性能,还具有良好的耐水洗性能、透气性能和力学性能。
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