二氧化鈦-蒙脫石復(fù)合體系及其抗菌調(diào)濕的環(huán)境特性研究.pdf

1、世界范圍內(nèi)生態(tài)環(huán)保意識的不斷加強(qiáng)及傳統(tǒng)材料的日益匱乏，為抗菌調(diào)濕材料的研究提供了社會(huì)背景和生態(tài)意義。納米TiO2與多孔礦物基材的復(fù)合是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一，它不僅可以解決TiO2的分散與固定化問題，而且通過載體的吸附作用可以在催化劑表面區(qū)域形成反應(yīng)物的濃度富集，促進(jìn)傳質(zhì)，從而提高光催化反應(yīng)的效率。目前，以多孔礦物為基材的復(fù)合型TiO2光催化材料在有機(jī)廢水的降解脫色中已突顯其高效優(yōu)勢，但其在抗菌消毒及濕度調(diào)節(jié)方面的研究少有報(bào)道。 將

2、納米二氧化鈦與層狀蒙脫石礦物復(fù)合，制備具有抗菌性能和調(diào)濕功能的環(huán)境礦物材料，為其在室內(nèi)裝飾涂料、家電與陶瓷表面修飾涂層等領(lǐng)域中的應(yīng)用提供理論依據(jù)，是本文研究的目的，其主要研究內(nèi)容包括： 1.納米二氧化鈦/蒙脫石復(fù)合體系的制備和表征 以Sol-Gel法制備二氧化鈦/蒙脫石復(fù)合體系，分析探討鈦前驅(qū)體系的組合及配比，通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化制備的工藝條件。采用XRD、FTIR和AFM等技術(shù)從晶體結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)和表面形貌方面對復(fù)合體系進(jìn)

3、行表征分析。結(jié)果表明：制備復(fù)合體系的優(yōu)化條件為，以Ti(OC4H9)4-C2HsOH-HN03-H20體系按1：15：03：3的摩爾比制備鈦溶膠；以15mmol/g的負(fù)載量，質(zhì)量濃度3﹪的蒙脫石懸浮液，25℃下制備二氧化鈦/蒙脫石復(fù)合體系；復(fù)合后的樣品經(jīng)60℃真空干燥，450℃焙燒1h。復(fù)合體系中TiO2以銳鈦礦的形式均勻覆蓋于蒙脫石表面，其平均晶粒直徑為9.8am。 2.納米二氧化鈦/蒙脫石復(fù)合體系的抗菌性能研究 以大

4、腸桿菌和金黃色葡萄球菌作為不同革蘭氏類型的細(xì)菌代表，考察光照條件、細(xì)菌的生理狀態(tài)、初始菌濃度、催化劑用量、外界無機(jī)離子對復(fù)合體系抗菌性能的影響。從動(dòng)力學(xué)角度分析光催化抗菌反應(yīng)的過程。以TOC/TN分析結(jié)合AFM表征揭示復(fù)合體系抗菌的光生物化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。結(jié)果表明：暗吸附、光解、間歇性和連續(xù)性的光催化作用下兩種細(xì)菌的存活率分別在85.0﹪、67.5﹪、15﹪和0．1﹪左右。經(jīng)多次光催化處理后的細(xì)菌比未經(jīng)處理的細(xì)菌對光催化作用表現(xiàn)出更高的敏感

5、性。當(dāng)初始細(xì)菌濃度在103-107cfu/mL時(shí)，光催化抗菌反應(yīng)符合表觀擬一級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，催化劑用量與反應(yīng)速率常數(shù)呈二次拋物線關(guān)系。緩沖液引入的H2P04-、HPO42-、CI-比Na+、K+對抗菌反應(yīng)更具有抑制作用?？咕^程中菌液的TOC和TN值先上升后下降，AFM圖像顯示光催化作用下細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)生了不可逆轉(zhuǎn)的分解。 3.納米二氧化鈦/蒙脫石復(fù)合體系的調(diào)濕行為研究從濕容量和吸放濕速度兩方面研究復(fù)合體系在不同相對濕度下的靜

6、態(tài)吸放濕能力，考察Ti02光致超親水性能對體系調(diào)濕能力的影響，分析探討復(fù)合體系的吸濕模式和調(diào)濕機(jī)理。結(jié)果表明：在RH=98﹪環(huán)境下，復(fù)合體系的最大濕容量可達(dá)0.2100g/g，為蒙脫石濕容量的52.3﹪，而當(dāng)環(huán)境濕度從RH=98﹪降低到RH=33﹪時(shí)，復(fù)合體系的半飽和放濕時(shí)間為1.0h，約為蒙脫石半飽和放濕時(shí)間的1/4。復(fù)合體系在25℃的吸濕曲線屬于II型等溫吸附曲線，其吸濕與放濕曲線間不存在明顯的滯后翅線。二氧化鈦的光致超親水性能有助

7、于提高復(fù)合體系在高濕度環(huán)境下的吸濕性能。復(fù)合體系的吸濕模式包括表面的物理吸濕、表面裸鍵和二氧化鈦光致超親水性引起化學(xué)吸濕。 二氧化鈦/蒙脫石體系是本研究制備的一種聚抗菌與調(diào)濕功能于一體的納米環(huán)境礦物復(fù)合材料，該研究將為蒙脫石礦物在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用拓展新的空間。二氧化鈦/復(fù)合體系對偶氮染料溶液的脫色機(jī)理是先吸附后光催化降解。蒙脫石的吸附特性對復(fù)合體系的抗菌性能有促進(jìn)作用，而二氧化鈦在光照條件下的超親水性能有助于提高復(fù)合體系在高