TiO2基复合材料的制备及其在无纺布上的应用研究

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室内环境污染对人体健康的影响是近年来人们关注的热点问题。经济水平的高速发展使得人们对绿色健康生活的要求越来越高,豪华的室内装修带来的甲醛污染和微生物污染等问题直接影响着室内生活质量,对人体健康造成了严重威胁,其严重性和普遍性已不容忽视。本研究选用甲醛治理中研究得最普遍的Ti O2材料为主体,通过贵金属沉积、半导体复合等手段对其组成和结构进行调控,制备出光催化性能最优的空心结构Ti O2/Cu2O/Pt复合材料,然后通过浸轧工艺整理到无纺布上,获得一种兼具去除甲醛性能和抗菌性能的多功能纺织品,对创造优质的室内生活具有重要意义。本文主要研究内容及结果如下:(1)以贵金属材料的等离子共振效应为理论指导,构建Ti O2/Pt肖特基结来拓宽Ti O2对可见光的响应范围,促进其在光催化过程中电子、空穴的有效分离。首先通过低温水热法制备出高分散的纳米Ti O2,然后以Ti O2为基底,选择液相沉积法得到Ti O2/Pt。借助多种分析仪器对所制样品的形貌、结构和组成进行了表征。TEM测试表明,Ti O2为直径小于20 nm的梭形,尺寸均一,Pt均匀地附着在Ti O2表面;XRD分析得出样品与锐钛矿Ti O2晶型一致。光催化测试表明,Ti O2/Pt的光催化活性明显优于纯Ti O2,最佳复合量的Ti O2/Pt样品在可见光下,光催化降解甲基橙的效率是商业P25的2倍。(2)空心结构材料的双表面效应在光催化领域具有明显优势。基于第一部分的实验结论,进一步对样品结构进行设计,引入Cu2O,构建空心结构复合材料。首先通过控制醋酸铜的量,得到空心结构的Ti O2/Cu2O复合材料,然后以空心结构的Ti O2/Cu2O为基底,通过控制H2Pt Cl6的量,获得三元Ti O2/Cu2O/Pt空心结构复合材料。BET测试结果证明空心结构有效提升了样品的吸附性。光催化测试结果表明,空心Ti O2/Cu2O/Pt复合材料在模拟日光下40 min内能光催化降解97%的甲基橙。活性自由基捕捉测试得出:h+自由基在样品光催化过程中起主要作用。(3)Ti O2/Cu2O/Pt复合材料对无纺布的整理工艺优化及其除甲醛性能评估。采用浸轧法,对无纺布进行功能整理,首先通过探讨催化剂浓度、整理温度、整理时间等工艺条件对除甲醛性能的影响,得出了除甲醛效果最佳的整理工艺:催化剂浓度配制为2 g/L,整理浸渍温度为50℃,整理浸渍时间为10 min。然后在最佳功能整理条件下,探讨了甲醛初始浓度、光照条件等环境因素对负载无纺布的除甲醛性能的影响。测试结果表明:在模拟日光照射条件下,在一定浓度范围内,甲醛初始浓度越低其除甲醛效果越好。当甲醛初始浓度设置为0.578 mg/m3时,负载无纺布2 h甲醛去除率达93.75%。循环稳定性实验表明其循环使用性良好。(4)研究了Ti O2/Cu2O/Pt负载无纺布的抗菌性能及其实用耐久性。采用振荡法和抑菌圈法测试了负载无纺布的抗菌性能,试验结果表明,所制备的负载无纺布抗菌性能良好,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均达99.5%以上。力学性能测试结果表明,Ti O2/Cu2O/Pt对织物本身的形态结构无损伤,对其在实际应用中的耐久性基本无影响。提出了Ti O2/Cu2O/Pt负载无纺布的除甲醛机理和抗菌机理。综上所述,本文以纳米材料的组成、形貌、结构与性能之间的关系为出发点,制备了光催化活性良好的多功能Ti O2/Cu2O/Pt三元复合材料,并选用无纺布为载体,经过功能整理之后,获得了一种同时拥有良好的除甲醛性能和抗菌性能的功能无纺布。本课题将材料制备技术与纺织染整工艺相结合,有效地治理了室内甲醛污染的同时,消除了由于长期循环使用过程中细菌滋生带来次生污染的顾虑,实现了纺织品净化与美化的功能统一,为绿色高效地治理室内环境污染提供了一种新的解决方案。
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