二氧化鈦自清潔膜的探索研究（三等獎）

（序號：319）北京化工大學第九屆“萌芽杯”參賽作品—A類作品名稱：二氧化鈦自清潔膜的研究類別（綜述類/實驗類）：綜述類指導教師：曹鼎負責人：張占鵬聯(lián)系方式：2013年6月5日團隊成員及指導老師介紹指導老師介紹：姓名曹鼎所屬學院理學院職稱講師研究方向微納米纖維的制備及應用研究團隊成員介紹：姓名張占鵬所屬學院理學院專業(yè)應用化學班級1205姓名張剛剛所屬學院理學院專業(yè)應用化學班級1205姓名宋彩僑所屬學院理學院專業(yè)應用化學班級1205目錄二氧化鈦自清潔膜的研究第1章二氧化鈦自清潔膜的研究原理 5第1.1節(jié)二氧化鈦的光催化原理 5第1.2節(jié)二氧化鈦的超親水性原理 7第2章溶膠-凝膠法制備二氧化鈦自清潔膜 8第2.1節(jié)溶膠-凝膠合成法的介紹 8第2.2節(jié)薄膜制備原理 9第2.3節(jié)納米二氧化鈦的制備過程 10第2.4節(jié)產(chǎn)品表征 11第2.5節(jié)制備納米二氧化鈦的其他方法 11第3章納米二氧化鈦的實際應用 12第3.1節(jié)納米二氧化鈦在陶瓷領域中的應用 13第3.2節(jié)納米二氧化鈦防霧及自清潔功能 13第3.3節(jié)納米二氧化鈦在紡織上的清潔功能 14第4章納米二氧化鈦薄膜的改良性研究 15第4.1節(jié)摻碘二氧化鈦薄膜的光催化性能 15第4.2節(jié)摻鐵二氧化鈦薄膜的研究 16第4.3節(jié)摻碳二氧化鈦薄膜的探索研究 17參考文獻 18二氧化鈦自清潔膜的研究張占鵬，張剛剛，宋彩僑摘要：二氧化鈦是一種新型的無機功能料材料，納米級二氧化鈦由于其奇異的性能，在光電轉化和光催化方面有廣闊應用前景。它是當前材料研究的熱點之一。本文著重介紹了二氧化鈦薄膜所具有的一些特殊性質，制備純凈的納米二氧化鈦的方法以及二氧化鈦清潔膜在生產(chǎn)生活中的應用。關鍵詞：二氧化鈦自清潔膜，納米粒子，溶膠-凝膠合成法，光催化原理，超水性。引言：二氧化鈦由于其特定的能帶結構，在入射光的作用下產(chǎn)生分別具強氧化性和還原性的空穴與電子對，可以降解空氣、水介質中的碳氫有機化合物。近年它作為光催化環(huán)境凈化材料的研究方興未艾。二氧化鈦結構尺寸的納米化，可以產(chǎn)生量子化效應，大大提高催化活性。近年國際上更趨于研究發(fā)展納米結構二氧化鈦薄膜制備技術。目前已有的納米二氧化鈦薄膜制備方法有溶膠凝膠、物理氣相沉積（PVD）方法，一些新的制備納米結構二氧化鈦薄膜思想和技術也在不斷研究發(fā)展中。納米粒子表面是長程與短程皆無序的非晶層，而在粒子芯部存在結晶完好的周期性排列的原子，不過其結構與本體樣品稍有不同。正是由于納米粒子的這種特殊的結構，導致了納米粒子具有常規(guī)微細粉末所不具備的異常特性。二氧化鈦是一種新型的無機功能材料，納米級二氧化鈦顯示出很多傳統(tǒng)二氧化鈦所不具備的奇異的性能，在光電轉換和光催化方面有廣闊的應用前景，其制備以及應用已經(jīng)成為材料研究的熱點之一。二氧化鈦由于其優(yōu)越的物理化學性質在多種領域有重要的應用，如電解水，利用電解水制氫的技術已經(jīng)較為成熟，但耗電量大，成本很高。用納米二氧化鈦作光催化劑，利用太陽能分解水制H2，是解決能源問題的合理途徑。納米二氧化鈦也存在于我們日常的化妝品中，紫外線中的UVA（320～400nm）、UVB（280～320nm）對皮膚穿透力強，若照射過量，易引起皮膚癌或急性皮炎（日光曬斑）。納米二氧化鈦為無機成分，對人體安全無毒、對皮膚無刺激性、對紫外線UVA、UVB的吸收能力強，因此納米二氧化鈦被廣泛應用于化妝品中。據(jù)預測，日本每年作為防曬劑用于化妝品的納米二氧化鈦在1000t左右。太陽能電池已廣泛應用于人們的日常生活中，如手表和計算器等。由于硅太陽能電池制作工藝復雜，價格昂貴，材料要求苛刻，因而難以普及。20世紀90年代發(fā)展起來的染料敏化納米晶太陽能電池具有許多優(yōu)點，已成為該領域研究的熱點。染料敏化納米TiO2太陽能電池利用自然界中光合作用及照相原理，將太陽能直接轉化為電能。熒光燈光衰主要是由玻管析出的鈉、鉀等與管內的汞生成汞齊引起玻管發(fā)黑所致，為此通常在熒光粉層與玻璃管之間涂一層致密的氧化物薄膜，有很多氧化物可以用在這里，如氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鎂、氧化鋅、氧化釔、五氧化二釩、氧化硅、氧化鉿、氧化鈮、氧化鋇、氧化鉭、氧化鑭等，其中使用較多的是氧化鋁。某些氧化物薄膜除能通過致密的膜層發(fā)揮保護作用外，還有其他一些特殊效果，如二氧化鈦，由于它能吸收紫外光，對可見光有較高的透過率，當在燈管內壁涂致密的納米二氧化鈦薄膜時，能降低紫外線泄露的風險，提高光生物安全性。本文結合對納米二氧化鈦的研究，重點對納米二氧化鈦的自清潔原理及應用研究作一評述。第1章二氧化鈦自清潔膜的研究原理第1.1節(jié)二氧化鈦的光催化原理納米分體是指顆粒粒徑介于1～100nm之間的粒子。由于顆粒尺寸的微細化，使得納米粉體在保持原物質化學性質的同時，與塊狀材料相比，在磁性、光吸收、熱阻、化學活性、催化和熔點等方面表現(xiàn)出奇異的性能。納米二氧化鈦是近年來發(fā)展起來的一種新型高性能材料，納米二氧化鈦具有很多奇特的性質，比表面積大、表面張力大、熔點低、磁性強、光吸收性能好、同時還具有光化學性質穩(wěn)定，催化效率高，氧化能力強，無毒，價格便宜等優(yōu)點，在化妝品，塑料，涂料，精細陶瓷，催化劑及環(huán)保領域應用廣泛，特別是吸收紫外線的能力強?；谏鲜鎏攸c，納米二氧化鈦具有廣闊的應用前景。半導體二氧化鈦作為一種性能優(yōu)異的光催化材料，可將許多化學法、生物法無法降解的有機物完全將為水、二氧化碳及相應的無機酸，且成本低廉，不造成二次污染，使其在廢水處理、空氣凈化、殺菌以及自清潔和太陽能轉化等方面有良好的應用前景。納米二氧化鈦是一種N型半導體，受到波長小于387.5nm的紫外光的照射時，價帶上的電子躍遷到導帶，激發(fā)電離出電子同時產(chǎn)生正電性的空穴，產(chǎn)生電子–空穴對(e--h+)，并與其表面吸附的O2和OH-作用生成超氧化物陰離子自由基O2-和羥基自由基?OH，新生成的這兩種自由基非?；顫?，當遇到細菌時直接攻擊細菌的細胞壁、細胞膜或細胞內的組成成分，對綠膿桿菌、大腸桿菌、金黃葡萄球菌、沙門氏菌、牙枝菌和曲菌及癌細胞等有很強的殺滅能力。以?OH為例，?OH有很強的氧化能力，它攻擊有機物的不飽和鍵或抽取其氫原子，反應產(chǎn)生的新自由基將會激發(fā)鏈式反應，致使細菌蛋白質的多肽鏈斷裂和糖類解聚，殺死細菌并使之分解。用作光催化劑的半導體大多為金屬的氧化物和硫化物，一半具有較大的禁帶寬度，稱為寬帶隙半導體。如二氧化鈦，在pH=1時的帶隙為3.2eV，通常將禁帶寬度3eV作為劃分半導體和絕緣體的界限。在波長小于380nm光的照射下，二氧化鈦的價帶電子會被激發(fā)到導帶而形成電子—空穴對。所形成的電子—空穴對遷移到半導體顆粒表面后，可以被表面的物種捕獲，光激導帶電子與吸附在催化劑表面的氧氣形成二價的氧離子，再經(jīng)過一系列反應形成OH自由基，空穴與吸附在表面的水或覆蓋在催化顆粒表層的羥基反應也能形成OH自由基。由于形成的OH自由基具有高度的化學反應活性，可以使催化劑表面吸附的有機物發(fā)生一系列化學變化，并最終氧化成二氧化碳和其他無機物。如圖所示：第1.2節(jié)二氧化鈦的超親水性原理停止光照后，表面超親水性可維持數(shù)小時到一周左右。隨后慢慢恢復到照射通常情況下，納米二氧化鈦涂膜表面與水有較大的接觸角，但經(jīng)紫外光照射后，與水的接觸角減小到5°以下，甚至可達到0°，即水滴完全浸潤在二氧化鈦表面，顯示非常強的親水性。當水在二氧化鈦薄膜表面的接觸角小于15°時具有高的水流動性，小于10°時有自清潔效果，小于7°時有防霉效果。同樣，油性液體如乙二醇、十六烷、三油酸甘油酯等經(jīng)紫外光照射后，也會完全浸潤在納米二氧化鈦涂膜表面，即納米二氧化鈦表面具有水油兩親和性，屬“超雙親性界面材料”，采用這種材料處理玻璃、瓷磚、農(nóng)用薄膜，具有自潔、防霧的效果。停止光照后，表面超親水性可維持數(shù)小時到一周左右。隨后慢慢恢復到照射前的疏水狀態(tài)。在用紫外光照射，又可表現(xiàn)為超親水性采用間歇紫外光照射就可使表面始終保持超親水裝態(tài)。最初認為，二氧化鈦表面的超親水性起因于表面吸附有機分子的光催化分解反應：二氧化鈦表面本身所具有的化學吸附水是親水性的，而吸附空氣中有機物后使表面疏水，紫外光照射下，表面生成強氧化性的活性羥基，疏水性的有機物通過光催化分解反應被活性羥基氧化分解，從而使表面表現(xiàn)為親水性狀態(tài)，停止光照，有機物又會慢慢吸附在二氧化鈦表面，回到疏水狀態(tài)。室驗表明，鍍有納米二氧化鈦薄膜的表面具有高度的自清潔效應，一旦這些表面被油污等污染，因其表面具有超親水性，污物不易在其表面附著，而附著的污物也會因光催化作用而分解。陽光中的紫外線足以維持納米二氧化鈦薄膜表面的親水特性，從而使其表面具有長期的防污自清潔效應。將其應用于玻璃、陶瓷等建材，以及高層建筑物的外墻及頂棚，利用太陽光、熒光燈中含有的紫外光作激發(fā)源，可以分解油、塵埃和砂粒，分解后的污垢物經(jīng)雨水沖刷可除掉，這樣不僅有利于美化環(huán)境，也可減少因清掃帶來的不便和不安全因素。含納米二氧化鈦的光催化凈化涂料，具有使用方便、光催化效率高、光催化劑可迅速再生的特點，同時還可降解大氣中的其他污染物，如鹵代烴、硫化物、醛類、多環(huán)芳烴等，作為環(huán)保型涂料有著潛在的應用前景。第2章溶膠-凝膠法制備二氧化鈦自清潔膜第2.1節(jié)溶膠-凝膠合成法的介紹（1）溶膠-凝膠法屬于無機合成的一種，所制備的材料化學純度高、均勻性好，可用于制備玻璃、涂料、纖維和薄膜等多種類型的材料。溶膠是指有膠體顆粒懸浮在其中的液體，而凝膠是指內部呈網(wǎng)絡結構，網(wǎng)絡間隙中含有液體的固體。按其原料的不同，可分為膠體工藝和聚合工藝。膠體工藝的前體是金屬鹽，利用鹽溶液的水解，通過化學反應產(chǎn)生膠體沉淀，利用膠溶作用使沉淀轉化為溶膠，并通過控制溶液的溫度、pH值可以控制脫粒的大小。通過使溶液中的電解質脫水或改變溶膠的濃度，溶膠凝結轉變成三維網(wǎng)絡狀凝膠。聚合工藝的前體是金屬醇鹽，將醇鹽溶解在有機溶劑中，適量的水，醇鹽水解，通過脫水、脫醇反應縮聚合，形成三維網(wǎng)絡。反應總體上是經(jīng)過反應物分子（或離子）在水（醇）溶液中進行水解（醇解）和聚合，由分子態(tài)經(jīng)聚合體、溶膠、凝膠、晶態(tài)（或非晶態(tài)）的全部過程。對應的化學反應如下：水解反應：M(OR)n+xH2O→(RO—)n-x—M—(—OH)x+xROH；脫水縮聚反應：─M─OH+HO─M→M─O─M+H2O脫醇縮聚反應：─M─OH+RO─M→M─O─M+ROHR為烷烴基；M為金屬離子（2）溶膠-凝膠合成法是合成制備納米粒子的重要方法之一，其化學過程是首先將原料分散在溶劑中，經(jīng)過水解反應生成活性單體，然后，活性單體進行聚合，開始成為溶膠，進而生成具有一定空間結構的凝膠，最后經(jīng)過干燥和熱處理，制備出納米粒子和所需材料。其基本的反應如下：水解反應M(OR)n+H2O→M(OH)x(OR)n-x+xROH縮合反應─M─OH+HO─M→─M─O─M─+H2O─M─OR+HO─M→─M─O─M─+ROH（3）同一般的納米粒子制備方法相比有以下的優(yōu)點：①由于溶膠-凝膠中所用的原料被分散在溶劑中而形成低黏度的溶液，因此，就可以在很短的時間內獲得分子水平上的均勻性，在形成溶膠時，反應物之間很可能是分子水平上被均勻的混合。②由于經(jīng)過溶液反應步驟，那么就很容易均勻定量地摻入一些微量元素，實現(xiàn)分子水平上的均勻摻雜。③與固相反應相比，化學反應將容易進行，而且僅需較低的合成溫度。一般認為，溶膠-凝膠體系中組分的擴散是在微米范圍內，因此反應容易進行，溫度較低。④選擇合適的條件可以制備各種新型納米級的材料。[1]第2.2節(jié)薄膜制備原理由于傳統(tǒng)的方法不能或難以制備納米級二氧化鈦，所以我們采取溶膠-凝膠法則制備高純度、粒徑分布均勻、化學活性大的單組分或多組分分子級納米催化劑。制備溶膠所用的原料為鈦酸四丁脂(Ti(O-C4H9)4)、水、無水乙醇(C2H5OH)以及冰醋酸。反應物為Ti(O-C4H9)4和水，分相介質為C2H5OH，冰醋酸可調節(jié)體系的酸度防止鈦離子水解過速。使Ti(O-C4H9)4在C2H5OH中水解生成Ti(OH)4，脫水后即可獲得TiO2。在后續(xù)的熱處理過程中，只要控制適當?shù)臏囟葪l件和反應時間，就可以獲得金紅石型和銳鈦型二氧化鈦。鈦酸四丁脂在酸性條件下，在乙醇介質中水解反應是分步進行的，總水解反應表示為下式，水解產(chǎn)物為含鈦離子溶膠。一般認為，在含鈦離子溶液中鈦離子通常與其它離子相互作用形成復雜的網(wǎng)狀基團。上述溶膠體系靜置一段時間后，由于發(fā)生膠凝作用，最后形成穩(wěn)定凝膠。[2]第2.3節(jié)納米二氧化鈦的制備過程試劑：鈦酸正四丁脂（分析純），無水乙醇（分析純），冰醋酸（分析純），鹽酸（分析純），蒸餾水。儀器：恒溫磁力攪拌器，攪拌子，三口瓶(250mL)，恒壓漏斗(50mL)，量筒(10mL,50mL)，燒杯(100mL)制備過程：以鈦酸正丁酯[Ti(OC4H9)4]為前驅物，無水乙醇(C2H5OH)為溶劑，冰醋酸(CH3COOH)為螯合劑，制備二氧化鈦溶膠。①室溫下量取10mL鈦酸丁酯，緩慢滴入到35mL無水乙醇中，用磁力攪拌器強力攪拌10min，混合均勻，形成黃色澄清溶液A。②將4mL冰醋酸和10mL蒸餾水加到另35mL無水乙醇中，劇烈攪拌，得到溶液B，滴入1-2滴鹽酸，調節(jié)pH值使pH≤3。③室溫水浴下，在劇烈攪拌下將已移入恒壓漏斗中的溶液A緩慢滴入溶液B中，滴速大約3mL/min。滴加完畢后得淺黃色溶液，繼續(xù)攪拌半小時后，40℃水浴加熱，2h后得到白色凝膠(傾斜燒瓶凝膠不流動)④置于80℃下烘干，大約20h，得黃色晶體，研磨，得到淡黃色粉末。在不同的溫度下(300,400,500,600℃)熱處理第2.4節(jié)產(chǎn)品表征X射線衍射(XRD)譜圖XRD技術所能解決是根據(jù)譜圖中衍射峰的寬度定性判斷所檢測物質（粉末或薄膜）的粒徑大小，因為同種晶體的粒徑大小與其衍射峰的寬度成反比關系。將經(jīng)300,400,500,600℃圖1X射線衍射譜圖由圖1可知:銳鈦礦相的特征峰出現(xiàn)在2θ=25.14,37.18,47.16;金紅石相的特征峰出現(xiàn)在2θ=27.14,36.10,54.13。將測得的譜圖與標準譜圖比較可知：300℃處理過的二氧化鈦為銳鈦礦相,其中含有部分不定型態(tài)，400℃得到的為純度較好銳鈦礦相二氧化鈦，500℃時部分銳鈦礦相開始轉化為金紅石相，600第2.5節(jié)制備納米二氧化鈦的其他方法1、液相水解法①TiCl4堿中和水解法以TiCl4為原料，將其稀釋到一定濃度后，加入堿性溶液進行中和水解，得到的二氧化鈦水合物經(jīng)洗滌、干燥和煅燒處理后即得到納米二氧化鈦產(chǎn)品。美國的二氧化鈦公司和日本石原產(chǎn)業(yè)公司采用這種方法生產(chǎn)TiO2產(chǎn)品。該方法工藝技術的關鍵是如何控制水解條件，研究反應機理控制反應流程，分析粉體的特性。②TiOSO4水解法以TiOSO4為原料，將其稀釋成一定濃度的溶液后，進行堿中和水解，或加熱水解，形成的二氧化鈦水合物經(jīng)解聚、洗滌、干燥處理后，根據(jù)不同的煅燒溫度得到不同晶型的納米TiO2產(chǎn)品，該法也稱為挪威法。2、水熱合成法水熱合成法是制備二氧化鈦納米晶的重要方法。該方法是在內襯耐腐蝕材料的密閉高壓釜中，以水為溶劑，加入納米二氧化鈦的前驅體，充填度為60%—80%在溫度高于100℃,水的自生壓力大于101.3kPa下進行反應。在水熱條件下發(fā)生粒子的形核和生長，生成可控形貌和大小的超細粉體，具有晶粒發(fā)育完整、粒徑小、分布均勻、無團聚、無需煅燒等特點。過程控制的重要參數(shù)有溶液的pH值、濃度、水熱溫度和反應時間、壓強等。將激光技術引入水熱法中，將使該方法成為最有前景的納米二氧化鈦的合成方法之一。3、氣相法超細粉體的氣相合成法有物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積法（CVD）。化學氣相沉積法利用氣體原料，在氣相中通過化學反應形成構成物質的基本粒子，再經(jīng)過形核和生長2個階段得到納米材料。通過選擇適當?shù)臐舛?、流速、溫度和組成配比等工藝條件，控制粉體的組成、形貌尺寸、晶相等。按加熱方式的不同，CVD法又可分為電弧加熱合成法、激光誘導氣相沉積法、等離子氣相合成法等。從原理上說，氣相法是利用金屬鈦或鈦的醇鹽或無機鹽在較高的溫度下水解或氧化得到二氧化鈦。氣相法由于反應溫度高，形核過程快，粉體結晶度高，反應的產(chǎn)物無需經(jīng)過反復洗滌來提高產(chǎn)品的純度，是一種快速制備二氧化鈦粉體的方法。4、微乳液法將氨水和TiCl4或TiOCl2的溶液分別配置成2種微乳，利用這2種微乳間的反應可以獲得無定形的氧化鈦，經(jīng)煅燒后晶化，得到銳鈦型二氧化鈦納米晶。第3章納米二氧化鈦的實際應用第3.1節(jié)納米二氧化鈦在陶瓷領域中的應用武漢大學申請的：二氧化鈦光催化自清潔陶瓷及制備方法發(fā)明了一種既可保持陶細膩光潔的表觀特性又能自動去污，持久保持清潔的二氧化鈦自清潔陶瓷。其中，在陶瓷本體中或陶瓷制品釉面上緊密復合有納米二氧化鈦VK-TG01光催化薄膜和低溫釉。此陶瓷制品表面光潔美觀，溫潤細膩，抗刮磨，在陽光下，能降解有機物且具親水性，自動去污。日本最大的兩家陶瓷生產(chǎn)商TOTO和INAX生產(chǎn)的衛(wèi)生陶瓷釉98%是抗菌陶瓷，就是利用納米二氧化鈦VK-TG01光催化抗菌性能，山東花光陶瓷公司研發(fā)的高效滅菌功能的陶瓷新產(chǎn)品，其中就有納米二氧化鈦VK-TG01。[4]第3.2節(jié)納米二氧化鈦防霧及自清潔功能TiO2薄膜在光照下具有超親水性和超永久性，因此其具有防霧功能。如在汽車后視鏡上涂覆一層二氧化鈦薄膜，即使空氣中的水分或者水蒸氣凝結，冷凝水也不會形成單個水滴，而是形成水膜均勻地鋪展在表面，所以表面不會發(fā)生光散射的霧。當有雨水沖過，在表面附著的雨水也會迅速擴散成為均勻的水膜，這樣就不會形成分散視線的水滴，使得后視鏡表面保持原有的光亮，提高行車的安全性。納米二氧化鈦（同VK-TG01）具有很強的“超親水性”，在它的表面不易形成水珠，而且納米二氧化鈦（同VK-TG01）在可見光照射下可以對碳氫化合物作用。利用這樣一個效應可以在玻璃、陶瓷和瓷磚的表面涂上一層納米TiO2薄層，利用氧化鈦的光催化反應就可以把吸附在氧化鈦表面的有機污染物分解為CO2和O2，同剩余的無機物一起可被雨水沖刷干凈，從而實現(xiàn)自清潔功能。日本東京已有人在實驗室研制成功自潔瓷磚，這種新產(chǎn)品的表面上有一薄層納米二氧化鈦（同VK-TG01），任何粘污在表面上的物質，包括油污、細菌在光的照射下，由于納米二氧化鈦（同VK-TG01）的催化作用，可以使這些碳氫化合物物質進一步氧化變成氣體或者很容易被擦掉的物質。納米TiO2光催化作用使得高層建筑的玻璃、廚房容易粘污的瓷磚、汽車后視鏡及前窗玻璃的保潔都可很容易地進行。第3.3節(jié)納米二氧化鈦在紡織上的清潔功能1、納米二氧化鈦在紡織裝飾墻布自清潔整理中的應用根據(jù)納米材料的光催化原理，用納米二氧化鈦對紡織裝飾墻布進行了自清潔整理、掃描電鏡（SEM）、能譜分析和紅外波譜（IR）分析顯示，納米TiO2與紡織裝飾墻布之間有理想的結合。實驗結果表明，經(jīng)過納米TiO2整理的墻布具有良好的自清潔性能。自清潔的是用純銳鈦納米二氧化鈦，粉體和水性液體都可以做。粉體在涂料里的添加量的0.5-1%，液體在織物上的使用一般是按照織物重量的2-4%。2、空氣凈化紡織品空氣中的污染物主要是揮發(fā)性有機化合物，包括汽車尾氣、工業(yè)排放的有害氣體、室內家具釋放出的醛類有害氣體和吸煙時產(chǎn)生的刺激性氣體等。將納米TiO2整理到室內紡織品上，可利用光催化特性降解室內空氣環(huán)境中的有害物質,這對于改善人們的居住生活環(huán)境，提高人們的健康水平具有十分重要的意義。日本率先在營運車輛內部采用涂覆納米TiO2光催化膜的方式進行車內空氣凈化。[5]3、自清潔紡織品在光照條件下，納米光觸媒表面均勻分布著分離開的納米級的親水區(qū)和親油區(qū)，宏觀上納米光觸媒表面表現(xiàn)出親水和親油性。停止光照后，化學吸附的羥基被空氣中的氧取代，又從親水狀態(tài)回到疏水狀態(tài)。光觸媒就能在光和空氣中水的作用下，將紡織品表面的灰塵和油污等去除，達到自清潔作用。何燕芬等[6]針對不需要經(jīng)常洗滌或洗滌要求較高的高檔毛針織服裝，開發(fā)研制出一種復合納米自清潔整理劑，并總結出適合于毛針織企業(yè)實際生產(chǎn)的整理工藝方法。張路遙等[7]通過浸軋工藝將二氧化鈦用于織物的自清潔整理，并根據(jù)國內外現(xiàn)狀，建立了自清潔紡織品測試標準體系。Bozzi等[8]則研究了經(jīng)射頻等離子體、微波等離子體和真空紫外線預處理的漂白棉織物和絲光棉織物，經(jīng)金紅石型光觸媒TiO2整理后，低溫日光照射的自清潔性。并通過透射電鏡和X射線衍射等方法進行表征，研究了納米TiO2顆粒大小、用量對自清潔性的影響。同時還對羊毛錦綸混紡織物和滌綸織物的自清潔性進行了研究，找到了最佳的光觸媒整理溫度。第四章納米二氧化鈦薄膜的改良性研究第4.1節(jié)摻碘二氧化鈦薄膜的光催化性能杜露、孫振亞等教授通過自組裝技術在低溫液相反應體系中制備出大尺寸納米二氧化鈦及其摻碘薄膜。使用XRD、TEM、熒光發(fā)射光譜儀、激光拉曼光譜儀等手段對樣品進行表征發(fā)現(xiàn)摻I5+后的二氧化鈦薄膜在可見光區(qū)也表現(xiàn)出明顯的響應，而且合成的I5+/TiO2納米薄膜在TEM觀測下其晶型顯示為金紅石型，并且碘摻雜后樣品的拉曼光譜強度減弱，峰位藍移且寬化。摻雜I5+原溶液濃度為2mmol/L時，其可見光下光催化效果最優(yōu)，5h后降解率可達到95%,較未摻雜的TiO2納米薄膜提高了40%，I5+摻雜明顯提高了TiO2對甲基橙溶液的光催化降解效率。圖I摻碘二氧化欽樣品透射電鏡圖像可見光下?lián)诫s不同I5+濃度催化劑對甲基橙溶液的脫色率對比圖[9]第4.2節(jié)摻鐵二氧化鈦薄膜的研究李青霞等教授采用自組裝方法于低溫液相反應體系中成功制備出大尺寸二維納米二氧化鈦薄膜和摻鐵二氧化鈦薄膜。樣品通過熒光發(fā)射光譜、拉曼光譜、高分辨透射電鏡等方法進行表征,并研究了紫外光和可見光下Fe3+/TiO2納米薄膜對甲基橙溶液(MO)的光催化降解過程，探討了Fe3+對TiO2的光催化活性的影響。結果表明，此方法不需要高溫煅燒即可得到高催化活性的金紅石和銳鈦礦混合型二氧化鈦薄膜，以金紅石為主。Fe3+摻雜明顯提高了TiO2對甲基橙溶液的光催化降解效率，摻雜Fe3+濃度為0.5mmol/L時光催化效果最優(yōu)，且更利于較低濃度甲基橙溶液的降解，在紫外光和可見光下對初始濃度5mg/L甲基橙溶液的降解率分別達到98.62%和89.24%。[10]可見光照射下不同催化劑對甲基橙脫色率對比圖紫外光照射下不同催化劑對甲基橙脫色率對比圖摻鐵二氧化鈦薄膜的自組裝制備、表征與光催化性能研究第4.3節(jié)摻碳二氧化鈦薄膜的探索研究最近Khan等在二氧化碳和水蒸汽的火焰中燃燒鈦片的方法制備了具有可見光響應的碳摻雜金紅石型二氧化鈦薄膜，但其制備溫度高、需要消耗大量的石化能以及薄膜是光催化和親水性較弱的金剛石結構非銳鈦礦結構。不過與陰離子摻雜比，有更好的紫外吸收能力和更寬的可見光光譜響應范圍。葉勤等教授采用氣體反應磁控濺射方法350℃基底溫度制備的碳摻雜TiO2-xCx薄膜為樣品，測試其可見光激發(fā)的親水性能和光催化特，,并與純TiO2薄膜的情況進行了比較。研究發(fā)現(xiàn)：用模擬太陽光疝燈的照射TiO2-xCx薄膜5min，水的接觸角就降低到3°，同樣條件TiO2薄膜降低12°；TiO2-xCx薄膜只需要30min的照射，水的接觸角接近到0°，而TiO2薄膜需要45min才能達此效果。在苯酚降解實驗中，碳摻雜TiO2-xCx薄膜和純TiO2薄膜在紫外波段有相當?shù)墓獯呋钚?，但在可見光波段，前者表現(xiàn)出顯著的可見光響應的光催化活性，用模擬太陽光疝燈的照射5h，TiO2-xCx薄膜對苯酚的降解率達到了41%，而TiO2薄膜僅為27%。[11]苯酚濃度與吸收率的標準曲線光催化反應裝置原理圖疝燈照射下玻璃基底的TiO2-xCx和TiO2的接觸角的變化模擬太陽光照射下玻璃基底的TiO2和TiO2參考文獻：[1]