TiO2纳米管的化学修饰及其抗菌净化性能研究

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随着人类生活质量的提高,环境污染、能源短缺和食品安全等问题日益受到广泛关注。开发高效无污染的抗菌自清洁材料,利用环境友好的光催化技术解决环境问题,已经成为全球研究的热点。Ti02作为具有光催化功能的无毒自清洁材料,因其特殊的光电和催化性质,以及氧化能力强、活性高、抗菌效果好、热稳定性好、长期有效和价格低等优点,广泛应用于光催化杀菌、水质和空气净化、自洁净、光电池和储氢材料等领域。但由于Ti02太阳光利用率低,粉体难以回收等缺陷,限制了其在实际中的应用,当前高活性纳米Ti02的制备和固载是解决Ti02缺陷的有效途径。本文通过电化学阳极氧化法,以钛片为基底成功制备了管径均匀,膜层较厚,与基底结合牢固的Ti02纳米管薄膜,实现了纳米Ti02的固载,通过浸渍-沉积法使半导体与Ti02纳米管复合,提高了纳米Ti02的活性。通过XRD和FESEM对材料的结构晶型及表面形貌进行表征,研究了阳极氧化参数和半导体复合对Ti02纳米管抗菌净化性能的影响。通过XRD和FESEM表征发现,阳极氧化法制备的Ti02纳米管主要以锐钛矿相存在,在750℃以上高温煅烧锐钛矿相大部分转变为金红石相。FESEM表征显示,在钛片基底上形成了一层厚度达100pm-140μm的Ti02薄膜层,薄膜由管状结构有序排列构成。薄膜表面有许多直径在40nnm到60nm之间纳米管孔洞,但管壁遭到破坏。以初始浓度为10m/L的甲基橙溶液作为模拟污染物,探讨了阳极氧化工艺条件和材料改性对光催化性能的影响。研究结果表明:阳极氧化过程中,Ti02纳米管薄膜的形成和晶相结构受氧化电压,氧化时间,煅烧温度等多种因素的影响。50V电压阳极氧化1h,经600℃煅烧2h后成功制备了晶化程度良好,膜层厚,管径长,结合牢固的Ti02纳米管薄膜。通过浸泡浓度比为1:1的Zn2+和S2-溶液,浓度比1:1的Ag+和S2-溶液和浓度比为1:2的Ag+和P043-溶液,分别成功制备了ZnS/TiO2纳米管薄膜、Ag/Ag2S/Ti02纳米管薄膜和Ag/Ag3PO4/TiO2纳米管薄膜。并且,通过半导体复合有效提高了TiO2纳米管的光催化性能,加快了光催化反应速率。以大肠杆菌作为抗菌对象,分别通过抑菌圈法和平板菌落计数法研究Ti02复合改性前后的抗菌性能。研究结果表明:复合改性前Ti02纳米管基本没有抗菌性能。与ZnS、Ag2S和Ag3P04复合后,Ti02纳米管的抗菌性得到了较大的改善,表明通过半导体复合达到了增强TiO2纳米管抗菌性能的作用。其中,Ag3PO4对TiO2纳米管的抗菌性能改善效果最大,Ag2S次之,ZnS较小。
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