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      溶膠改性論文:織物用溶膠改性探究

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      溶膠改性論文:織物用溶膠改性探究

      本文作者:王黎明1,2沈勇1張惠芳1蔡再生2葉風英1作者單位:1上海工程技術大學服裝學院2東華大學化學化工與生物工程學院

      納米TiO2溶膠對紫外-可見光吸收效果的影響

      1未改性納米TiO2溶膠

      按照1.2節納米TiO2溶膠制備方法,改變加入的水量,得到各含水量的TiO2溶膠,測定其對紫外-可見光的吸收效果,結果見圖1。由圖1可以看出,所制得的納米TiO2溶膠在200~325nm均有較強的吸收,而在325~800nm范圍內基本上無吸收。這是因為納米TiO2是化合物半導體,在適當波長的光激發下,能產生光生電子和光生空穴,被激發的電子向導帶運輸,而光生空穴則限制在價帶中,這種光激發過程需要吸收一定能量的光,而納米TiO2只有在紫外光照射下才產生光催化性能[1]。改變水的用量對TiO2的紫外吸收效果有一定影響。一般情況下,當加水量在2.5mL和3mL時,TiO2的紫外-可見光吸收效果明顯增強。

      2摻雜改性納米TiO2溶膠

      在加入3mL水量條件下,制備納米TiO2溶膠,并用不同濃度的Fe3+和Cu2+試劑對其進行摻雜改性,測定它們對紫外-可見光的吸收效果,結果見圖2和圖3。由圖2和圖3可知,納米TiO2溶膠摻雜Fe3+和Cu2+后,對紫外-可見光的吸收效果明顯。當Fe3+摻雜量為1%和Cu2+摻雜量為2%時,得到最大吸收峰,其吸收值為2.0,比未摻雜前的1.4有較大提高。由此可見,摻雜使得納米TiO2對光波長的響應范圍明顯增強,并向可見光區拓展。但當摻雜量進一步增加時,卻不能繼續增大納米TiO2最大吸收峰處的吸收強度。根據TiO2的摻雜機理,雜質金屬離子摻入TiO2后,改變了TiO2相應的能級結構。雜質金屬離子能級不僅可以接受TiO2價帶上的激發電子,也可以吸收光子使電子躍遷到TiO2的導帶上。由于摻雜能級處于禁帶之中,使長波光子也能被吸收,即在TiO2禁帶中引入新的雜質能級后,TiO2電子躍遷轉移過程發生變化,光激發的閾值降低而擴展了TiO2吸收光譜的范圍[11]。

      納米TiO2溶膠的光催化性能

      在加入3mL水量條件下,制備納米TiO2溶膠,以不同濃度的Fe3+和Cu2+對其摻雜改性,測定它們對亞甲基藍的光催化性能,計算降解率(A0=3.214),結果見表1。由圖4可知,位于3500~3000cm-1處的寬吸收峰是由于O—H的伸縮振動引起的,這說明二氧化鈦粉末表面除了存在Ti—H2O的表面吸附態,還存在Ti—OH的表面態[14]。在1638.5cm-1處的吸收峰是由于O—H的彎曲振動引起的,在1414.4cm-1附近的吸收峰是由于N—H的伸縮振動引起的,說明制備溶膠中使用硝酸調節pH值。在1031.54cm-1處是Ti—O—Ti振動產生的吸收峰[15]。在744.9cm-1和680.4cm-1附近的吸收峰是二氧化鈦的特征吸收。由圖5和圖6可知,它們在500~800cm-1間都有吸收峰,這是二氧化鈦的特征吸收,摻入Fe3+后,吸收峰出現在791.21cm-1處,Cu2+則出現在732.64cm-1處。因此,摻入金屬后,并未改變納米TiO2的結構。

      摻雜改性納米TiO2溶膠在棉織物上的應用

      1降解VOC性能

      將未改性納米TiO2及摻雜改性后的納米TiO2配制成3%和4%的納米TiO2溶膠處理織物,并用TVOC在線檢測艙測定對丙酮(VOC)的降解效果,其結果見表2。由表2可知,用經過Fe3+和Cu2+摻雜改性后的納米TiO2溶膠處理織物,其降解丙酮的效果比未改性的納米TiO2溶膠有較明顯的提高,且隨著納米TiO2溶膠溶度的增加,降解效率也相應增大。通過在TiO2溶膠中摻雜金屬離子,引入新電荷、改變晶格或增加晶格缺陷,因此可影響光生電子-空穴的運動狀況,并促使TiO2光生電子-空穴的有效分離,擴大其對可見光響應范圍,從而達到提高光催化活性的效果[13]。

      2抗紫外效果

      將未改性納米TiO2及摻雜改性后的納米TiO2配制成3%納米TiO2溶膠處理織物,測定織物抗紫外線效果,結果見表3。從表3可以看出,處理織物的抗紫外效果隨著納米TiO2的加入得到明顯提高,特別是UVB透過率有較大幅度下降,且用摻雜改性后的納米TiO2溶膠處理織物,抗紫外線效果尤為明顯。此外,從表3還可以看出,Fe3+摻雜量為1%及2%,Cu2+摻雜量為2%及3%時,抗紫外線效果變化基本不大。這說明在上述濃度范圍內,摻雜改性納米TiO2溶膠的抗紫外線效果基本相同。

      3斷裂強力變化

      將未改性納米TiO2溶膠及摻雜改性后的納米TiO2溶膠分別配制成3%納米TiO2溶膠處理到織物上,測定織物的斷裂強力變化,結果見表4。由表4可知,經過納米TiO2溶膠整理后,織物的經向斷裂強力有所提高,緯向的斷裂強力無明顯變化,且經過20次洗滌后斷裂強力也無明顯影響。這可能是由于TiO2溶膠顆粒粒徑很小,可以進入棉纖維的無定形區,尤其是當其進入棉纖維胞腔的缺陷部位,并且在此部位與纖維素大分子發生交聯反應,從而形成網狀結構,這種結構可以有效緩解應力集中的現象,提高棉織物的斷裂強力[16,17]。

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