【摘 要】
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纳米TiO2是一种应用广泛的无机光催化材料,其化学性质和光学性质均十分稳定,且无毒无味,它的开发与利用是国内外纳米功能材料领域研究的热点之一。但纳米TiO2只在紫外光区有吸收,光能利用率低;并且纳米二氧化钛只具备较强的光降解能力,而杀菌抗菌能力较弱。本文针对纳米TiO2所存在的这两个关键共性难题进行研究:先对纳米TiO2进行掺杂改性,使其光吸收扩展到可见光范围内,光能利用率增加;再将有机硅季铵盐型
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纳米TiO2是一种应用广泛的无机光催化材料,其化学性质和光学性质均十分稳定,且无毒无味,它的开发与利用是国内外纳米功能材料领域研究的热点之一。但纳米TiO2只在紫外光区有吸收,光能利用率低;并且纳米二氧化钛只具备较强的光降解能力,而杀菌抗菌能力较弱。本文针对纳米TiO2所存在的这两个关键共性难题进行研究:先对纳米TiO2进行掺杂改性,使其光吸收扩展到可见光范围内,光能利用率增加;再将有机硅季铵盐型抗菌剂接枝到改性后的纳米TiO2上,使其同时具备优良的光催化和抗菌功能。目前,关于这种新型光催化、抗菌复合功能材料的制备还未见报道。首先论文研究了氮掺杂纳米TiO2粉末的制备:以钛酸四丁酯为原料,尿素为氮源,在室温条件下,采用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂的纳米TiO2粉末;研究了原料配比和煅烧温度对其性能的影响,考察了甲基橙溶液的光降解性能;并通过XRD、TEM、UV-Vis DRS对纳米N/TiO2的晶型、粒度、形貌及其光吸收性能进行了表征。结果表明:在纳米TiO2中掺杂N可显著将光谱响应范围拓展到可见光区;较佳制备条件是:n（钛酸四丁酯）:n（尿素）为1:3,在400℃下煅烧3.5h;所得样品为锐钛矿晶型,平均粒径为13nm,且在可见光下具有较强的光催化活性;纳米N/TiO2对甲基橙溶液具有较好的光降解作用,3h后的降解率可达70.5%,并且初始pH值对纳米N/TiO2光降解效果有显著影响,pH值为4.0时光降解效率最高。其次,论文研究了有机硅季铵盐的合成:以γ-氯丙基三甲氧基硅烷和十二烷基二甲基叔胺为原料,合成了 3-（三甲氧基硅烷基）丙基十二烷基二甲基氯化铵;考察了溶剂类型及其用量、微波反应条件、催化剂类型及其用量及反应物配比对该季铵化反应的影响;并通过红外光谱和四苯硼钠法对产品进行了定性和定量分析;得到的较佳制备条件为:以n（硅烷）:n（叔胺）为1.1:1的原料配比,加入质量分数为30%的正丙醇为溶剂,1%的碘化钾为催化剂,在氮气的保护下,回流反应16h后,有机硅季铵盐的产率可达 93.02%。最后,研究了有机硅季铵盐-纳米N/TiO2光催化抗菌复合功能材料的制备:先以KH570为偶联剂,在纳米N/TiO2上引入双键后,再与甲基丙烯酸聚合,引入羧基基团,最后通过酯化反应将十二烷基有机硅季铵盐键合在纳米N/TiO2上,制备出有机硅季铵盐-纳米N/TiO2复合材料。通过红外光谱、热重、UV-Vis漫反射吸收光谱对产物进行了表征。结果表明:通过本论文提出的偶联、聚合和酯化的方法,可以制备出同时具有光催化和抗菌功能的无机有机复合材料。
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