納米光催化功能性紡織面料研發

【摘 要】本文通過研究納米二氧化鈦的光催化性能，并對二氧化鈦納米粉體進行有效分散，制備出一種納米光催化功能性整理劑，并對滌棉織物進行功能性后整理，研發出具有較好光催化性能的光催化功能性面料，一般情況下，經過48小時太陽光照射后，功能性面料上的有機油污完全分解。

【關鍵詞】納米；光催化；功能性；紡織面料

納米二氧化鈦，具有高催化活性，良好的化學穩定性和熱穩定性，無二次污染，無刺激性，安全無毒等特點，且能長期有益于生態自然環境，是最具有開發前景的綠色環保技術之一[3-4]。半導體超細粒子如TiO2、ZnO、CdS和PbS等在光的作用下躍遷產生的電子/空穴對，與溶解氧和水發生作用，生成的自由基可以把有機的污染物徹底地氧化為CO2和H2O等無機物。

1 實驗

1.1 功能性整理劑制備

1.1.1 實驗藥品

納米TiO2粉體，粒度為20～30nm（宣城晶瑞新材料有限公司）；

分散劑：聚乙二醇（天津市化學試劑六廠）；

分散介質：蒸餾水（實驗室自制）。

1.1.2 實驗儀器

實驗儀器：高剪切乳化機（BME100LX-S），納米粒度儀（2000），電子天平（BS110S）等。

1.1.3 實驗流程

分散劑→去離子水→TiO2粉體→玻璃棒攪拌均勻→高速剪切乳化機乳化40min→穩定的納米自清潔整理劑

1.1.4 納米粉體分散液測試

TEM測試結果如圖1所示：

由圖1可以看出所制備的納米自清潔整理劑中納米微粒的粒徑均在30～50nm之間，說明納米TiO2粉體得到了很好的分散，能充分發揮其光催化特性。

1.2 紡織面料的功能性整理

1.2.1 試驗織物

滌棉織物（65/35，Gk=205.78g/m2）

1.2.2 功能性整理的實驗步驟

（1）將需要整理的滌棉織物在電子天平上稱重，記錄所得重量；

（2）將稱好的滌棉織物按照正常工藝凈洗、烘干；

（3）在室溫的情況下將經過凈洗、烘干后的滌棉織物浸漬到已制備好的納米功能性整理劑當中，其中浴比為1：20，浸漬時間為15min；

（4）將浸漬后的滌棉織物在強力壓染樹脂機上壓軋2次；

（5）將經過壓軋的滌棉織物首先在溫度為110℃的自動定型烘干機預烘2min，然后按照正常的工藝在電熱鼓風干燥箱中正常烘干。

2 自清潔性能測試

2.1 測試方法

為了較好觀察和記錄，選擇合適的有色有機物（辣椒油）作為油污污漬對整理后的滌棉織物樣品進行局部滴定觀察，在保證每天太陽光光照一定時間的基礎上，按照有機油污顏色深淺的變化進行拍照、評分記錄，觀察其光催化去油污效果。通過一定時間的照射，可以明顯地觀察出經不同比例納米粉體用量的整理劑整理后，油漬顏色變淺，表現出較好的光催化效果。從油漬顏色變淺、油污去除的程度分析，可確定出最佳的納米功能性整理劑配方。

2.2 測試結果

自然光照射原樣和整理后的織物試樣自清潔效果如表1所示。

從表1中可以看出，不同用量（除5%）的納米功能性整理劑整理的滌棉織物，經過約2天的太陽光照射后，殘留于整理織物試樣上的油漬達到完全分解自潔，而原樣上的油漬一直保持不變。其結果表明經過此納米功能性整理的滌棉織物具有很好的自清結效果。

2.3 實驗結果的討論與分析

從試驗結果可以看出，經過此納米功能性整理劑整理的滌棉織物，其光催化效果與納米粉體的用量直接相關，其基本規律表現為隨著納米功能性整理劑濃度的增大，其滌棉織物的自清潔效果提高，但當用量達到一定數值后，其功能性光催化效果變化很小，甚至不再發生變化。這是由于當0.05ml的有機油污滴到織物上，開始的時候，自清潔效果會隨著納米整理劑濃度的增加而提高，因為增加納米整理劑濃度的同時，吸附在滌棉織物上的納米TiO2粉體將會增加，當光子照射到織物表面的時候，就會激發出更多的高活性自由移動的光生電子（e-）和空穴（h+），生成的更多的超氧陰離子自由基（O2-）和羥基自由基（·OH），致使更有效地將有機油污直接氧化為CO2和H2O等無機小分子；而當納米整理劑濃度達到一定數值的時候，其產生的超氧陰離子自由基（O2-）和羥基自由基（·OH）將足以分解0.05ml的油污，故此時增加納米粉體的用量時，其自清潔效果將不再提高。

3 結論

（1）通過檢索文獻，系統分析和總結有關膠體表面和界面化學的研究成果，結合紡織面料和納米材料的特殊性質，制備出了一種穩定的適合滌棉織物整理的納米功能性光催化整理劑。

（2）開發出的納米光催化紡織面料具有良好的光催化自清潔特性，在48小時內都能將紡織面料上的油污徹底分解，達到100%去油污功能。

（3）通過光催化去油污測試，綜合考慮織物性能和附加成本，確定出無機納米粉體的最佳用量為占紡織面料重量的10%。

【參考文獻】

[1]胡海霞，李建華.光催化自清潔整理劑的制備及在滌棉織物上的應用[J].絲綢，2014（6）：26-30.

[2]Carneiro， J.O. Taixeira，V. Portinha， A. et al. Iron-doped photocatalytic TiO2 sputtered coating on plastics for self-cleaning application[J]. Materials Science & Engineering：B.Vol. 138， No. 5， 2007：144-150.

[3]Chen， jianqiu， Wang， Duo， et al. Photocatalytic degradation of dimethoate using nanosized TiO2 powder[J]. Desalination. Vol. 207， No.5， 2007：87-94.

[4]Hoffman M R， Martin M T， Choiw， et al. Environm ental applications of semiconductor photocatalysis[J]. Chem. Rev.， 1995，95：69-96.

[5]Fujishima A， Rao T N， Tryk D A. Titanium dioxide photocatalysis[J].J Photochem Photobio C： Photochem Rev. ， No.1， 2000：1-21.

[6]Ren Maoming， Ravikrishna， R. Valsaraj， Kalliat T. Photocatalytic Degradation of Gaseous Organic Species on Photonic Band-Gap Titania[J].Environmental Science & Technology. Vol.40， No.11， 2006：7029-7023.

[責任編輯：湯靜]