棉织物的可见光响应性功能化研究开题报告

1. 研究目的与意义

纳米tio₂是一种n型半导体材料，晶粒尺寸介于l-100 nm之间。由于纳米tio₂表面积大，表面活动中心多，因而具有独特的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，呈现出许多特有的物理、化学性质，在纺织品、造纸、化妆品、工业催化剂、环境保护等行业具有广阔的应用前景。目前，纳米tio₂在纺织品上的应用存在较多问题，如光响应范围窄、在水溶液中分散性差、与织物结合牢度差等，这些都制约了其在纺织领域的应用。因此，如何制备稳定的纳米整理液，使纳米粒子均匀地分散在纺织品上，提高织物的抗菌、抗紫外线及光催化效果，是纳米功能纺织品开发和应用的关键问题。纳米tio₂溶胶具有很多优良性质，比如耐候性、耐用化学腐蚀性，抗紫外线能力强，透明性优异，粒度分布均匀，分散性好。而且应用广泛，可用于紫外线吸收剂 、化妆品、透明性薄膜、包装材料、涂料、润滑剂、树脂油墨着色剂、精细陶瓷和催化剂等。

现在夏季大家都喜欢穿棉织物做的衣服，棉织物又称棉布，是以棉纱为原料织造的织物。棉织物以优良的服用性能成为最常用的面料之一，广泛用于服装面料、装饰织物和产业用织物。棉是最受欢迎的衣服和家纺织物。多功能、柔软、透气、全年穿着的舒适性、性能优良和耐穿仅仅是棉布备受欢迎的众多品质中的几点。但是棉织物的抗紫外线能力较差，而且棉织物不能像合成纤维—样，通过在纺丝原料中添加紫外线防护成分达到抗紫外线的目的，所以不得不采用其他方法来提高棉织物的抗紫外线能力和光催化性能。其中二氧化钛是最常见的，也是最好用的一种，将其附着于棉织物上可以大大改善棉织物的抗紫外线能力。但由于tio₂带隙较宽（3.2 ev），无可见光响应，太阳光利用率低，且光生电子-空穴对易复合，光量子效率也低，致使其应用受到了极大地限制。掺杂改性使其能够利用可见光，是提高其光催化效率的有效手段。因此对纳米二氧化钛进行改性是大势所趋的。改性后的纳米二氧化钛附着于棉织物后，棉织物具有很多额外的优良性质，例如光催化效应、自清理功能、抗菌、抗断裂等等。

目前对于纳米二氧化钛的掺杂方法有很多，大体可分为非金属掺杂、金属掺杂。非金属掺杂一般是加入n、s、f等，例如纳米二氧化钛掺杂n后，在可见光区的光吸收明显增强，可见光活性大大增强，对光催化效果显著。金属掺杂一般使用的金属是过渡金属、贵金属、稀土金属，例如掺杂适量的铁有利于提高二氧化钛的光催化性能和对甲基橙的降解率。然而掺杂改性不是那么容易的，也有很多种方法，有水热法、溶胶凝胶法、水解法等等，各有优缺点，水热法操作较复杂，要控制很多反应条件，要控制温度、反应时间、各反应物比例，要通过多次比较才能找出最佳方案，做出来的改性二氧化钛通常粒径都比较小，但是其粉体使用过程中，其粒子间易发生团聚，产品的分散稳定性较差；而溶胶凝胶法虽然操作简便、简单易行，但是由于溶胶本身粒径就比较大，与金属等物质掺杂后要想获得较小的粒径比较困难。目前还未能有特别有效易行的方法来制得纳米二氧化钛掺杂改性物。

2. 研究内容和预期目标

1、制备纳米二氧化钛金属改性物

2、使纳米二氧化钛金属改性物附着在棉织物上

3、研究反应条件对纳米二氧化钛金属改性的影响以及改性后的二氧化钛附着于棉织物后，对棉织物的效果的影响

3. 研究的方法与步骤

1、利用溶胶—凝胶法，以钛酸四丁酯为前驱物，加入无水乙醇等，搅拌制得溶液a；再将金属离子溶液滴入无水乙醇，加冰醋酸、硝酸等，制得溶液b。在搅拌下，b滴入a中，制得二氧化钛金属改性物

2、把棉织物和纳米溶胶混合，利用搅拌机制得金属改性二氧化钛棉织物

3、控制不同ph、温度、金属离子占比，并用相同方法附着于棉织物上，比较得出最佳方案

4. 参考文献

[1]王黎明, 沈勇, 张惠芳等. 纳米ti0₂溶胶掺杂改性及在棉织物上的应用[j]. 印染, 2012, 38(20): 9-13.

[2]邹学军, 董玉瑛, 李思佳等. 可见光响应的ag₃ vo₄/tio₂制备及其催化活性的研究[j]. 大连民族学院学报, 2014(5): 508-511.

[3]弓莹, 刘慧瑾, 高雯雯等. 可见光响应的铁掺杂二氧化钛的制备及其光催化性能研究[j]. 当代化工, 2016, 45(9): 2072-2075.

5. 计划与进度安排

1、2022-12-19～2022-01-11：查阅文献，完成开题报告和翻译一篇外文文献。

2、2022-02-20～2022-03-01：初步开展实验，了解实验步骤及注意事项。

3、2022-03-02～2022-03-18：制备二氧化钛改性棉织物。