纳米抗菌防臭与空气净化整理PPT课件.ppt

5.6 纳米抗菌防臭与空气净化整理,5.6 纳米抗菌防臭与空气净化整理,近年来，纳米材料和技术日渐为人们所关注，应用纳米材料可改善纺织品的功能，如抗紫外、抗菌、抗静电和拒水拒油等。 无机纳米材料与纺织品的结合主要有两个途径，其一是将纳米材料与聚合物纺丝流体混合，制成纳米复合纤维，然后经形成织物，简称为纺丝法。纺丝法是目前纳米TiO应用于纤维材料的主要方法，已经商品化的日本光触媒织物产品大多由此法加工而成，但是由于纳米粒子在纤维聚合物熔体中团聚严重，因而限制了此法的广泛应用。,其二是将纳米TiO2材料制成分散液，然后利用浸轧法或涂层法对织物进行后整理而得到纳米复合织物，简称为后整理法。比较而言，尽管此法耐久性不够高，但工序短、成本较低，并且能够达到一定的功能指标，因而应用较为广泛。 纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或者由它们作为基本单元构成的材料。也可以认为，纳米材料就是指颗粒尺寸为纳米量级的超细颗粒，其尺度大于原子簇，但低于100nm的原子簇或颗粒材料。,通常，常用的无机纳米材料可以分为氧化物和硫化物半导体材料两大类。其中氧化物主要包括二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO2)、和二氧化锆(ZrO2) 等，而硫化物主要是指硫化锌(ZnS)和硫化镉(CdS)。 由于二氧化钛和氧化锌的催化氧化力强，反应活性高，热稳定性好，无二次污染，价格低廉，应用方便等特点，所以这两种纳米材料在纺织工业等领域的应用最为广泛。,TiO2纳米材料是一种N型(电子导电型)半导体氧化物，在无机纳米材料中其光催化作用最为突出。锐钛矿型TiO2带隙能( Ebg)为3.2ev，相当于波长为387.5nm 的光子能量，当TiO2 受到波长小于或等于387.5nm 的光子能量照射时，价带的电子跃迁到导带上，从而产生了光生导带电子(e-)-价带空穴(h+)对，TiO2 分子吸收光子后被活化，然后与吸附质分子发生的氧化-还原反应。,TiO2 + h(Ebg) h+ + e - (1) 所产生的h+ 将吸附在TiO2 颗粒表面的OH- 和H2O 氧化为羟基自由基: H2O + h + OH + H+ (2) OH- + h + OH (3) O2 + e - O-2 (4) H2O + O-2O2 H + OH- (5) 2HO2 O2 + H2O2 (6) O2 H + H2O + e - H2O2 + OH- (7) H2O2 + e - OH + OH- (8),另一方面，纳米氧化锌还具有溶出抗菌机制，即游离的锌离子接触细菌时，能够与其中的蛋白酶结合，并使其失去活性而将细菌杀死。 为了进一步提高纳米二氧化钛的抗菌性，人们利用金属离子掺杂和复合半导体的方法制备出了Ag+/TiO2/SiO2纳米复合材料，这种复合材料综合了微孔结构对细菌的吸附作用和Ag+的抗菌作用。其中，Ag+被细菌的细胞膜吸附，穿透细胞壁，与细菌的蛋白质和核酸反应，阻碍细菌的生物合成和能量传输，引起细菌酶蛋白的变性和细胞膜生物学性质的破坏和损伤而死亡。,空气净化整理剂 日本的研究人员利用TiO2粉末、海藻酸钙和粘合剂制备涂层整理剂，并对织物进行加工，得到TiO2涂层织物。 这种TiO2涂层织物在紫外灯或荧光灯的照射下能够去除甲醛和苯等室内有机污染物，可以用作窗帘或墙布。 在空气净化方面，通过纳米TiO2整理的涤/棉平布和针刺非织造布等净化甲醛率可达89.7。有人将涤纶非织造布在含有TiO2粒子和表面活性剂的分散液中浸泡8h，自然风干后放入105烘箱中2h，使TiO2较为均匀地负载在织物表面，并将此织物置于光反应器中，在紫外光的辐射下能够有效地降解气态三氯乙烯。,在相同的负载条件下，使用相同浓度(30g/l)纳米TiO2光催化剂分散液分别对棉织物、涤纶织物和涤/棉织物进行处理，然后在光催化条件下进行氨净化实验，反应初始15min的一级反应速率常数(K)，见表5-6。 由此表可见，氨气催化降解反应速率常数也可以确定三种织物上负载的TiO2光催化剂的活性次序为：TiO2-棉TiO2-涤/棉TiO2-涤，这证明负载涤纶织物和涤/棉织物的氨气净化性能远不及负载纯棉织物。其原因可能主要与这两种纤维材料在理化性能和形态结构的差异有关。,在相同的负载条件下，分别使用相同浓度(30g/l)的TiO2/Ag复合光催化剂分散液对三种织物进行整理，然后在相同的光催化条件下进行氨净化实验，反应初始15min的一级反应速率常数(K)列于表5-6。 TiO2/Ag复合光催化剂的性能明显优于普通TiO2催化剂，其对负载涤纶织物和涤棉混纺织物对氨气净化性能有明显的改善。这主要归因于金属银在Ti02粒子表面上沉积的结果。本质上金属银使光生电子在金属上聚集，减少电子和空穴的复合，使有