Zn/Co共掺杂TiO2纳米材料抗菌陶瓷的制备工艺及其性能研究

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作者薛菲
来源东北大学冶金学院
出版年2017
摘要
近年来,人们在生活中对抗菌材料的需求越来越多,因此新一代环保型二氧化钛抗菌陶瓷应运而生。本论文选取具有良好抗菌性的Zn/Co共掺杂TiO2纳米材料,采用超声喷雾热解法及浸渍提拉法系统的研究喷雾镀膜高度、喷雾时间、提拉速度、提拉浸渍时间、焙烧温度及保温时间对抗菌陶瓷抗菌性的影响,探索最佳镀膜工艺。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等分析方法对所制备的纳米材料进行物相组成及光吸收性能等分析。在可见光照射条件下,采用烧瓶振荡法和抑菌环法对所制备的材料进行抗菌性能的研究。采用薄膜密着法来研究所制备抗菌陶瓷的抗菌性能,同时结合XRD、SEM对抗菌陶瓷薄膜的性能表征,选择出制备抗菌陶瓷抗菌效果最佳的镀膜工艺。实验结果表明,以钛酸四丁酯作为前驱物,无水乙醇为溶剂,冰醋酸为螯合剂,十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂,掺杂硝酸锌、硝酸钴(摩尔比为2:1),制备出抗菌性能较好的Zn/Co共掺杂TiO2溶胶,可用做抗菌陶瓷的制备。采用自制超声喷雾热解装置制备Zn/Co共掺杂TiO2纳米抗菌陶瓷,喷雾口距离陶瓷基片高度最佳为5 cm,镀膜层数最佳为二层。SEM图谱分析及抗菌实验表明,此条件下成膜均匀无开裂现象,并且抗菌率最高。陶瓷在马弗炉中的最佳焙烧温度为600 ℃,最佳保温时间为2 h,此时成膜效果最好且抗菌率最高。超声喷雾热解法最佳制备工艺下抗菌陶瓷有较强的耐污性,抗自然水冲刷性略有下降。采用浸渍提拉法制备Zn/Co共掺杂TiO2纳米抗菌陶瓷,提拉速度200 μm/s、提拉浸渍时间200 s时,镀膜层数一层为最佳值。覆盖时间及层数过多都会使光催化物质被覆盖,出现成膜不均匀且抗菌率下降的情况。陶瓷在马弗炉中的最佳焙烧温度为600 ℃,600 ℃时Zn/Co共掺杂TiO2以具有光催化性的锐钛矿型存在,抗菌率最高。浸渍提拉法最佳制备工艺下抗菌陶瓷有较强的耐污性,但抗自然水冲刷性不理想,这与浸渍提拉法成膜牢固性有关。

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