表面改性TiO-,2-光催化作用及對PVC塑料性能影響.pdf

1、銳鈦礦型TiO2在可見光下一般沒有催化活性，只有對其進(jìn)行改性，降低其禁帶寬度或用光敏劑進(jìn)行光敏化，才能使TiO2具有可見光催化效果。 本文首次以聚乙烯醇（PVA）和Ti（OH）4為原料，采用水熱法制備工藝，得到了對甲基橙（MO）具有優(yōu)良可見光催化降解活性、對聚氯乙烯（PVC）塑料具有明顯抗菌效果的降解聚乙烯醇（D-PVA）負(fù)載TiO2可見光催化劑（TiO2／D-PVA）。借助XRD、BET、SEM、TGA、XPS、EPR、UV-

2、vis等分析表征手段，對TiO2/D-PVA的晶體結(jié)構(gòu)、表面組成、親油性能和其對甲基橙的可見光催化降解性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究；進(jìn)一步采用熔融共混法制備得到了TiO2／D-PVA改性的抗菌PVC塑料，考察了TiO2／D-PVA對PVC塑料的力學(xué)性能、加工流變性能和抗菌性能的影響規(guī)律。 研究表明，水熱法生成的TiO2作為路易斯酸催化劑，使PVA失水降解，生成具有共軛C=C結(jié)構(gòu)的D-PVA，并負(fù)載在TiO2粒子表面；由于D-PVA和TiO

3、2的相互作用，使TiO2/D-PVA具有較好的可見光催化活性，并能有效地降解甲基橙。研究還表明，TiO2/D-PVA中TiO2的晶型均為銳鈦礦型，D-PVA負(fù)載在TiO2的表面，沒有進(jìn)入TiO2的晶格，對TiO2的晶型無影響；此外，D-PVA能有效抑制TiO2晶體成長和顆粒團(tuán)聚，TiO2/D-PVA比純TiO2具有更小的晶體尺寸和更大的BET比表面積。PVA的摻雜量、水熱反應(yīng)溫度和水熱反應(yīng)時間都明顯地影響TiO2/D-PVA的晶粒大小、

4、比表面積和光催化活性。隨著PVA的摻雜量增加、水熱反應(yīng)溫度升高和水熱反應(yīng)時間延長，TiO2/D-PVA的可見光催化活性呈現(xiàn)先升高而后降低的變化規(guī)律；當(dāng)水熱反應(yīng)溫度為180℃、水熱反應(yīng)時間為6h、PVA對TiO2的質(zhì)量比為1：10時，制備得到的TiO2／D-PVA可見光催化活性最高，在可見光連續(xù)照射40h后，其對甲基橙降解率達(dá)到84％，降解效果為P25的9.2倍。TiO2/D-PVA對甲基橙的可見光催化降解反應(yīng)符合一級反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律，動力

5、學(xué)方程為：ln（C0/Ct）=0.0461t。 在上述研究基礎(chǔ)上，還進(jìn)一步考察了TiO2／D-PVA對PVC塑料的加工流變性能影響，發(fā)現(xiàn)其使PVC塑料非牛頓指數(shù)降低；由于TiO2／D-PVA顆粒較大，使PVC塑料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率也下降。研究還表明，TiO2／D-PVA改性PVC塑料具有一定的可見光催化抗菌作用，當(dāng)TiO2/D-PVA加入量為8phr時，TiO2／D-PVA-PVC塑料對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率分別達(dá)

6、到76.3％和71.4％。 論文還進(jìn)一步采用硅烷偶聯(lián)劑KH-560對載銀納米二氧化鈦（TiO2／Ag+）粒子進(jìn)行表面改性，并制備得到了TiO2／Ag+-PVC抗菌塑料；考察了改性TiO2／Ag+粒子對PVC塑料力學(xué)性能、加工流變性能、抗紫外光老化性能和抗菌性能的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，KH-560可在TiO2／Ag+粒子表面接枝，從而有效降低TiO2／Ag+粒子的表面張力，提高其與PVC樹脂的相容性，并抑制TiO2／Ag+粒子的團(tuán)聚

7、，有利于其在PVC塑料中分散。TiO2／Ag-粒子親油化度和分散穩(wěn)定性分析研究表明，KH-560加入量、反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度均明顯影響KH-560在TiO2／Ag+粒子表面接枝改性效果，當(dāng)KH-560添加量為TiO2／Ag+粒子質(zhì)量的8％、反應(yīng)時間為5h、反應(yīng)溫度為78.5℃時，改性效果最好。改性TiO2／Ag+粒子能夠同時提高PVC塑料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率，而且隨著TiO2／Ag+粒子添加量增加，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率呈現(xiàn)先提高后降低的

8、變化趨勢。由于改性TiO2／Ag+粒子的加入，削弱了PVC分子間的作用力，對PVC塑料起了內(nèi)潤滑作用，使其加工流動性變好。同時發(fā)現(xiàn)，表面改性TiO2／Ag+能夠吸收紫外光，使之轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷⑹?，從而提高了PVC塑料的抗紫外光老化性能。當(dāng)改性TiO2／Ag+添加量為1phr時，對應(yīng)的PVC塑料對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌抗菌率都能達(dá)到90％；當(dāng)添加量為4phr時，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌抗菌率則都能達(dá)到99％。這些研究表明，可見光催化劑T