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玻璃因其材质特性成为工业化的包装材料,符合消费者的美感要求,是不可替代的包装材料。但玻璃包装容器易细菌滋生,存在二次污染问题。此外,玻璃包装容器在抗紫外线方面也有很大的改善空间。
纳米TiO2化学性质稳定,折射率高,细度分布理想,近紫外光波段照射后光催化氧化能力强,紫外光的吸收和散射能力强,化学活性和表面吸附能力很高,表面也具有超亲水性等优良特性。无机掺杂TiO2表现出更好的光催化性能和抑菌性能。
本研究是在石英玻璃片基上镀膜,用无机掺杂来提高材料的光催化活性和抗菌性,对提高玻璃包装容器表面掺杂TiO2膜的性能进行了有益的探讨。以期为玻璃包装容器的抑菌性能的提高提供理沦依据。本研究利用溶胶凝胶法分别制备不同热处理温度TiO2的干凝胶粉,并在石英玻璃基片上镀膜;热处理550℃的TiO2/SiO2复合物的干凝胶粉和石英玻璃基片上的镀膜;热处理550℃的TiO2/Al2O3复合物的干凝胶粉和石英玻璃基片上的镀膜:热处理550℃的掺杂Fe3+的TiO2/SiO2复合物的干凝胶粉和石英玻璃基片上的镀膜:并用XRD对样品进行物相分析,AFM和SEM对样品表面形貌进行分析,用FT-IR对样品成键结构进行探索,测试了紫外光照条件下的光催化性能,并对其抑菌性能进行测试和评价。
研究表明,TiO2的不同热处理温度的晶型结构和表面形貌明显不同,随热处理温度的提高,纳米TiO2中的品粒尺寸长大,锐钛矿相含量逐渐减少,而金红石相含量增加;光催化性能最佳的热处理温度为550℃;此时有均匀分布的大而深的密集孔洞出现;膜层结合牢度较好;抑菌效果显著。SiO2的掺杂抑制了TiO2晶粒尺寸的增大,而导致膜面上的结晶峰峰高减小;增加光催化剂的比表面积,产生孔洞,析出花形结晶,提高了TiO2的光催化性能。SiO2的最佳掺杂量为30%。Al2O3的掺杂可使TiO2的X射线衍射峰宽化,出现微弱的θ-Al2O3特征峰。随掺杂Al2O3量的增加光催化活性提高,也可同时增加TiO2的抑菌性能。Fe3+的掺杂抑制了TiO2粒子生长,使晶粒细化,明显提高TiO2的光催化性能。Fe3+的掺杂使纳米TiO2/SiO2复合物的红外吸收峰宽化,其抗菌效果更佳。掺杂Fe3+的TiO2/SiO2复合物的最佳掺入量为1%。