溶胶改性论文：织物用溶胶改性探究
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本文作者：王黎明1，2沈勇1张惠芳1蔡再生2叶风英1作者单位：1上海工程技术大学服装学院2东华大学化学化工与生物工程学院
纳米TiO2溶胶对紫外-可见光吸收效果的影响
1未改性纳米TiO2溶胶
按照1．2节纳米TiO2溶胶制备方法，改变加入的水量，得到各含水量的TiO2溶胶，测定其对紫外-可见光的吸收效果，结果见图1。由图1可以看出，所制得的纳米TiO2溶胶在200～325nm均有较强的吸收，而在325～800nm范围内基本上无吸收。这是因为纳米TiO2是化合物半导体，在适当波长的光激发下，能产生光生电子和光生空穴，被激发的电子向导带运输，而光生空穴则限制在价带中，这种光激发过程需要吸收一定能量的光，而纳米TiO2只有在紫外光照射下才产生光催化性能［1］。改变水的用量对TiO2的紫外吸收效果有一定影响。一般情况下，当加水量在2．5mL和3mL时，TiO2的紫外-可见光吸收效果明显增强。
2掺杂改性纳米TiO2溶胶
在加入3mL水量条件下，制备纳米TiO2溶胶，并用不同浓度的Fe3+和Cu2+试剂对其进行掺杂改性，测定它们对紫外-可见光的吸收效果，结果见图2和图3。由图2和图3可知，纳米TiO2溶胶掺杂Fe3+和Cu2+后，对紫外-可见光的吸收效果明显。当Fe3+掺杂量为1%和Cu2+掺杂量为2%时，得到最大吸收峰，其吸收值为2．0，比未掺杂前的1．4有较大提高。由此可见，掺杂使得纳米TiO2对光波长的响应范围明显增强，并向可见光区拓展。但当掺杂量进一步增加时，却不能继续增大纳米TiO2最大吸收峰处的吸收强度。根据TiO2的掺杂机理，杂质金属离子掺入TiO2后，改变了TiO2相应的能级结构。杂质金属离子能级不仅可以接受TiO2价带上的激发电子，也可以吸收光子使电子跃迁到TiO2的导带上。由于掺杂能级处于禁带之中，使长波光子也能被吸收，即在TiO2禁带中引入新的杂质能级后，TiO2电子跃迁转移过程发生变化，光激发的阈值降低而扩展了TiO2吸收光谱的范围［11］。
纳米TiO2溶胶的光催化性能
在加入3mL水量条件下，制备纳米TiO2溶胶，以不同浓度的Fe3+和Cu2+对其掺杂改性，测定它们对亚甲基蓝的光催化性能，计算降解率(A0=3．214)，结果见表1。由图4可知，位于3500～3000cm－1处的宽吸收峰是由于O—H的伸缩振动引起的，这说明二氧化钛粉末表面除了存在Ti—H2O的表面吸附态，还存在Ti—OH的表面态［14］。在1638．5cm－1处的吸收峰是由于O—H的弯曲振动引起的，在1414．4cm－1附近的吸收峰是由于N—H的伸缩振动引起的，说明制备溶胶中使用硝酸调节pH值。在1031．54cm－1处是Ti—O—Ti振动产生的吸收峰［15］。在744．9cm－1和680．4cm－1附近的吸收峰是二氧化钛的特征吸收。由图5和图6可知，它们在500～800cm－1间都有吸收峰，这是二氧化钛的特征吸收，掺入Fe3+后，吸收峰出现在791．21cm－1处，Cu2+则出现在732．64cm－1处。因此，掺入金属后，并未改变纳米TiO2的结构。
掺杂改性纳米TiO2溶胶在棉织物上的应用
1降解VOC性能
将未改性纳米TiO2及掺杂改性后的纳米TiO2配制成3%和4%的纳米TiO2溶胶处理织物，并用TVOC在线检测舱测定对丙酮(VOC)的降解效果，其结果见表2。由表2可知，用经过Fe3+和Cu2+掺杂改性后的纳米TiO2溶胶处理织物，其降解丙酮的效果比未改性的纳米TiO2溶胶有较明显的提高，且随着纳米TiO2溶胶溶度的增加，降解效率也相应增大。通过在TiO2溶胶中掺杂金属离子，引入新电荷、改变晶格或增加晶格缺陷，因此可影响光生电子-空穴的运动状况，并促使TiO2光生电子-空穴的有效分离，扩大其对可见光响应范围，从而达到提高光催化活性的效果［13］。
2抗紫外效果
将未改性纳米TiO2及掺杂改性后的纳米TiO2配制成3%纳米TiO2溶胶处理织物，测定织物抗紫外线效果，结果见表3。从表3可以看出，处理织物的抗紫外效果随着纳米TiO2的加入得到明显提高，特别是UVB透过率有较大幅度下降，且用掺杂改性后的纳米TiO2溶胶处理织物，抗紫外线效果尤为明显。此外，从表3还可以看出，Fe3+掺杂量为1%及2%，Cu2+掺杂量为2%及3%时，抗紫外线效果变化基本不大。这说明在上述浓度范围内，掺杂改性纳米TiO2溶胶的抗紫外线效果基本相同。
3断裂强力变化
将未改性纳米TiO2溶胶及掺杂改性后的纳米TiO2溶胶分别配制成3%纳米TiO2溶胶处理到织物上，测定织物的断裂强力变化，结果见表4。由表4可知，经过纳米TiO2溶胶整理后，织物的经向断裂强力有所提高，纬向的断裂强力无明显变化，且经过20次洗涤后断裂强力也无明显影响。这可能是由于TiO2溶胶颗粒粒径很小，可以进入棉纤维的无定形区，尤其是当其进入棉纤维胞腔的缺陷部位，并且在此部位与纤维素大分子发生交联反应，从而形成网状结构，这种结构可以有效缓解应力集中的现象，提高棉织物的断裂强力［16，17］。
