纳米二氧化钛光催化抗菌材料研究

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要随着人们生活水平的提高，洁净卫生的生活环境逐渐成为人们追求的目标。在这种形势之下，如何有效的抑制有害细菌的生长、繁殖，或彻底的杀灭有害细菌这一课题，越来越受到世人的关注。由于纳米二氧化钛具有较好的光催化活性，将其应用于抗菌材料有着广阔的前景，因此，近年来纳米二氧化钛光催化抗菌材料逐渐成为研究的热点。本文以钛酸丁酯为主要原料，采用溶胶－凝胶法，制备出均匀稳定的二氧化钛凝胶及含银二氧化钛凝胶，改变凝胶中银离子的含量和凝胶的热处理温度，制备出一系列二氧化钛纳米粉体及掺银二氧化钛纳米粉体，并对纳米粉体的光催

2、化活性和抗菌性能进行了详细的评价。通过TG－DTA、XRD、TEM、UV－Vis等手段对二氧化钛及掺银二氧化钛纳米粉体进行了表征，探讨了纳米二氧化钛光催化活性和抗菌性能的影响因素。本论文还研究了二氧化钛抗菌粉体在聚丙烯塑料中的应用，通过向聚丙烯塑料中添加纳米二氧化钛光催化抗菌粉体制备抗菌塑料，并测试了抗菌塑料的抗菌性能。采用溶胶－凝胶法制备纳米二氧化钛，溶剂的加入量、水的加入量、抑制剂的量以及水解反应温度等因素均对溶胶－凝胶过程有较大影响。通过对制备工艺的优化，确定了以下工艺参数：溶剂（无水乙醇）与钛酸丁酯的摩尔比n(C2H5

3、OH)/n[Ti(OC4H9)4]为10～12，水与钛酸丁酯的摩尔比n(H2O)/n[Ti(OC4H9)4]为3，抑制剂（冰乙酸）与钛酸丁酯的摩尔比n(CH3COOH)/n[Ti(OC4H9)4]为2～2.5，水解温度为25～30℃。在此工艺的基础之上，以柠檬酸为络合剂对银离子进行络合，然后将络合银离子加入二氧化钛溶胶中，制得稳定的含银二氧化钛凝胶。凝胶经过真空干燥、研磨后于不同温度下煅烧2h，得到二氧化钛纳米粉体及掺银的二氧化钛纳米粉体。光催化降解甲基橙实验表明：500℃煅烧的二氧化钛光催化活性高于400℃和600℃煅烧的二

4、氧化钛。掺银二氧化钛纳米粉体的光催化活性普遍高于未掺银纳米二氧化钛的光催化活性。银的掺杂量有一个最佳值，在本论文的实验条件下掺银1mol%的纳米二氧化钛光催化活性最高。I华中科技大学硕士学位论文抗菌实验表明：无光照条件下，未掺银的纳米二氧化钛不具有抗菌性能，掺银纳米二氧化钛的抗菌性能则随着掺银量的增加而逐渐提高，无光照条件下掺银二氧化钛的抗菌性能缘于银的抗菌作用。紫外光照条件下，光催化活性高的纳米二氧化钛抗菌性能相应较好。对于掺银纳米二氧化钛而言，银掺杂对光催化活性有影响，掺银量处于较低范围时，随着掺银量的增加，二氧化钛光催化

5、活性提高，抗菌剂的抗菌性能逐渐增强；掺银量超过1mol%之后，虽然银的抗菌作用增强，但过高的掺银量对二氧化钛的光催化活性产生了一定的负面影响，因此掺银量超过1mol%后，抗菌剂的抗菌性能继续提高的幅度不大。关键词：抗菌材料，纳米二氧化钛，光催化，银，溶胶－凝胶法II华中科技大学硕士学位论文AbstractNowadays,cleanandsanitarylivingenvironmentisbecomingoneofpeople’sgoalswiththeimprovementoftheirlives.Inthissituat

6、ion,theworldpaysmuchattentiontorestrainingthegrowthandreproductionofdeleteriousbacteria,oreventoperishingthem.AsnanometersizedTiO2powderhaspreferablephotocatalyticactivity,ithasgreatpotentialtobeusedasantibacterialmaterial.So,itbecomesapivotalfieldinantibacterialres

7、earch.Intheexperiments,stableTiO2gelscontainingandnotcontainingsilverwerepreparedbySol-GelmethodwithTi(OC4H9)4.Differentkindsofantibacterialpowders+werepreparedbyadjustingthecontentofAgandtheheattreatmenttemperatures.Photocatalyticreactionsandantibacterialexperiment

8、swerecarriedouttoappraisethephotocatalyticactivitiesandantibacterialperformancesofTiO2samplesrespectively.Withdifferentkindsoftestsandmeas