改性TiO2光催化抗菌材料的制备与性能研究

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随着人们对健康生活和环境的重视,抗菌材料已经广泛应用在日常生活中。具有高效抗菌和净化作用的复合材料正成为研究的方向。半导体TiO2和ZnO为光触媒催化剂,壳聚糖作为天然抗菌剂,都具有抗菌和净化环境的能力,通过改性Ti02制备一种环保型光催化抗菌材料具有重要的意义。本文采用均匀沉淀法和改变溶液pH值的方法,分别通过氧化锌异质复合制备了半导体复合光催化剂和壳聚糖改性制备了壳聚糖/二氧化钛抗菌净化材料;探讨了制备复合材料的工艺条件,研究了复合材料的光催化和抗菌性能,并通过XRD、FI-IR和UV-Vis等手段对样品进行表征。XRD衍射分析表明半导体复合光催化剂存在两种晶相Ti02和ZnTiO3,在450℃-750℃热处理下Ti02为锐钛矿型,随着煅烧温度的升高Ti02与ZnO结合形成ZnTiO3, UV-Vis表明改性TiO:禁带宽度减小,吸收光谱稍有红移。壳聚糖/二氧化钛中含有壳聚糖的基本结构,450℃煅烧Ti02为锐钛矿型;FI-IR分析Ti02上的-OH与壳聚糖分子产生强氢键作用使部分峰值向低波数移动。以甲基橙为光催化降解对象,探讨了制备工艺条件和光照以及甲基橙初始浓度等对光催化性能的影响。结果表明:半导体复合光催化剂合成工艺条件为钛盐浓度为0.15mol·L-1,钛盐与尿素的总摩尔配比为1:10;水浴温度为80℃。壳聚糖/二氧化钛合成工艺条件为,w(CS):w(TiO2)=1:8,控制pH=7。改性Ti02复合光催化剂在可见光下降解作用增强,降解动力学分析复合材料光催化降解甲基橙反应符合L-H一级动力学方程,随着甲基橙初始溶液浓度增大,反应速率减小以大肠杆菌为抗菌对象,通过定性和定量的方法研究了复合材料的抗菌性能,探讨了工艺条件,光照和样品用量等对材料抗菌性能的影响。与单独Ti02和壳聚糖相比,改性Ti02复合光催化剂的抗菌性能得到了较大的提高,通过复合增强了材料抑菌活性;光照条件对材料抗菌性能影响较小,在黑暗条件下仍有一定的抑菌效果;由定量抗菌分析,复合材料抗菌率达到99.57%,具有很强的抗菌性。随着样品用量的增加,复合材料的抗菌率也增大,3mg/ml的剂量抗菌率达到99%以上。综合抗菌和光催化降解两方面因素,本实验通过半导体和壳聚糖复合,改善了TiO2表面性质,增强了TiO2光催化性能,起到了协同光催化降解和抗菌作用。
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