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近现代功能性纺织品在人们的生活中越来越占据着重要地位。但是纺织品的功能化整理加重了环境污染和能源的浪费,所以绿色、环保、可持续发展的纳米技术和纳米材料越来越受到人们的重视。纳米材料中碳量子点有着优异的光电学性质、稳定的物理化学性质等许多优点,使其在多个领域具有很好的应用前景。碳量子点与纺织品相结合,可以赋予纺织品更多更好的功能性,实现纺织品由单功能到多功能的转变,如:碳量子点既可以凭借高紫外线吸收性和光致发光性增强纺织品的紫外线防护性能,又可以凭借优异的光诱导电子转移性和电荷储存性提高光催化自清洁纺织品的催化效率。
本文以柠檬酸和尿素为原料制备了具有对紫外光和可见光高吸收性的氮碳量子点(Nitrogen doped carbon quantum dots, N-CQDs)。通过水热法将N-CQDs与纳米二氧化钛(TiO2)负载到织物上。在工艺上研究了N-CQDs和TiO2与织物混合超声震荡的时间、水热温度和水热时间对织物紫外线防护功能的影响,优化了N-CQDs和TiO2整理织物的制备工艺。
借助多种仪器表征了N-CQDs粉末、N-CQDs织物、TiO2织物和N-CQDs/TiO2织物。从FT-IR和XPS可以看出:N-CQDs和TiO2以Ti-O-C键牢固结合,N-CQDs粉末表面丰富的含氧官能团有助于其牢固负载到织物上。UV-Vis吸收光谱可以看出:N-CQDs织物对UVA和UVB的吸收强度高于TiO2织物,尤其是对UVA中380-400nm的紫外光。N-CQDs不仅在紫外光吸收上和TiO2有协同叠加作用,还能拓宽N-CQDs/TiO2织物的光谱响应范围,吸收更多的光能。这从理论上为N-CQDs/TiO2织物能够增强紫外线防护性能(尤其是对全部UVA的防护)和提高光催化降解活力提供了依据。
研究了织物的紫外线防护性能,实验证明:N-CQDs织物对紫外线的防护能力比TiO2织物强,N-CQDs/TiO2织物对紫外线的防护能力优于N-CQDs织物和TiO2织物,证明了N-CQDs和TiO2在紫外线防护中有协同作用。同时N-CQDs/TiO2织物拥有很好的耐洗牢度。
研究了织物对污染物(罗丹明B、次甲基蓝和红酒)的光催化降解性能以及光催化自清洁性能。实验证明:在模拟太阳光照射下,与TiO2织物相比,N-CQDs/TiO2织物有着更好的光催化降解作用和自清洁作用,N-CQDs负载量的适量增加可以提高N-CQDs/TiO2织物的光催化活性。而且N-CQDs/TiO2织物具有良好的光催化降解可重复利用性和不错的耐洗牢度。探讨了N-CQDs/TiO2复合体系在光催化降解中的协同机制:N-CQDs不能单独降解污染物,但能通过Ti-O-C结构将形成的光生电子转移到TiO2的表面以拓宽N-CQDs/TiO2光谱的响应范围,提升入射光子的吸收率,提高光催化活性。
本研究结果为强化服装对UVA的防护和提高日光环境下服装自清洁效率提供方法论指导。
本文以柠檬酸和尿素为原料制备了具有对紫外光和可见光高吸收性的氮碳量子点(Nitrogen doped carbon quantum dots, N-CQDs)。通过水热法将N-CQDs与纳米二氧化钛(TiO2)负载到织物上。在工艺上研究了N-CQDs和TiO2与织物混合超声震荡的时间、水热温度和水热时间对织物紫外线防护功能的影响,优化了N-CQDs和TiO2整理织物的制备工艺。
借助多种仪器表征了N-CQDs粉末、N-CQDs织物、TiO2织物和N-CQDs/TiO2织物。从FT-IR和XPS可以看出:N-CQDs和TiO2以Ti-O-C键牢固结合,N-CQDs粉末表面丰富的含氧官能团有助于其牢固负载到织物上。UV-Vis吸收光谱可以看出:N-CQDs织物对UVA和UVB的吸收强度高于TiO2织物,尤其是对UVA中380-400nm的紫外光。N-CQDs不仅在紫外光吸收上和TiO2有协同叠加作用,还能拓宽N-CQDs/TiO2织物的光谱响应范围,吸收更多的光能。这从理论上为N-CQDs/TiO2织物能够增强紫外线防护性能(尤其是对全部UVA的防护)和提高光催化降解活力提供了依据。
研究了织物的紫外线防护性能,实验证明:N-CQDs织物对紫外线的防护能力比TiO2织物强,N-CQDs/TiO2织物对紫外线的防护能力优于N-CQDs织物和TiO2织物,证明了N-CQDs和TiO2在紫外线防护中有协同作用。同时N-CQDs/TiO2织物拥有很好的耐洗牢度。
研究了织物对污染物(罗丹明B、次甲基蓝和红酒)的光催化降解性能以及光催化自清洁性能。实验证明:在模拟太阳光照射下,与TiO2织物相比,N-CQDs/TiO2织物有着更好的光催化降解作用和自清洁作用,N-CQDs负载量的适量增加可以提高N-CQDs/TiO2织物的光催化活性。而且N-CQDs/TiO2织物具有良好的光催化降解可重复利用性和不错的耐洗牢度。探讨了N-CQDs/TiO2复合体系在光催化降解中的协同机制:N-CQDs不能单独降解污染物,但能通过Ti-O-C结构将形成的光生电子转移到TiO2的表面以拓宽N-CQDs/TiO2光谱的响应范围,提升入射光子的吸收率,提高光催化活性。
本研究结果为强化服装对UVA的防护和提高日光环境下服装自清洁效率提供方法论指导。