nmoe申请正文_壳聚糖-稀土元素掺杂tio复合材料的制备及抑菌性的研究[]

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1、NMOE申请正文_壳聚糖-稀土元素掺杂TiO2复合材料的制备及抑菌性的研究[1]国家大学生创新性实验计划立项申请正文壳聚糖-稀土元素掺杂TiO2复合材料的制备及抑菌性的研究Studyonpreparationandanti-bacteriumperformanceofchitosan-TiO2dopedwithrareearth立项依据研究背景与基础：与常规材料相比，纳米TiO2具有块状无机材料所不具备的小尺寸效应、量子尺寸效应、界面效应、宏观量子隧道效应和介电限域效应[1-2]，从而导致它表面原子比例高、比表面积大

2、、表面晶格缺陷度大、表面能高和熔点低等特性[3]，并且具有磁性强，光吸收性能好，表面活性大，热导性好，分散性好[4]等特性。由于纳米TiO2具有的以上特性使得它在很多领域如精细陶瓷、半导体材料、环境科学领域[4]、光催化材料，特别是在抗菌方面得到广泛应用。纳米TiO2光催化剂对大肠杆菌、金色葡萄球菌、绿脓杆菌、沙门氏菌和曲霉等有抑制和杀灭作用。纳米TiO2在紫外线的照射下,能够自行分解出自由移动的带负电的电子(e-)和带正电的空穴(h+)，发生一系列化学反应,形成空穴-电子对。吸附溶解在TiO2表面的氧俘获电子形成O

3、2-，而空穴则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成HO·。生成的原子氧和氢氧自由基活性很强，能与细菌内的有机物反应,生成CO2和H2O,从而在短时间内就能杀死细菌，消除恶臭和油污。试验证明,如果在玻璃上涂一薄层TiO2,光照3h,可杀灭大肠杆菌；光照4h，毒素的含量可控制在5%以下。若在瓷砖上涂覆TiO2,将这种瓷砖用于医院，附着于墙面的细菌数可由原来的5~10cfu/cm2降为0，空气浮游菌数可由原来的25cfu/(min·cm2·L)降为5cfu/(min·cm2·L)[5]。TiO2光催化剂不仅能在短时间

4、内杀死细菌，而且光催化产生的活性羟基能分解细菌生长所需的有机物，从而抑制细菌的生长与发育，高效杀菌消毒。并且纳米TiO2能同时降解由细[6]菌释放出来的有毒复合物。纳米TiO2杀菌消毒方面的即效性、无毒性和半永久性都决定了它将广泛应用于各个行业，有极大的研究价值。研究表明，TiO2的晶格、粒径和缺陷都会影响其光催化活性[7]。提高光催化活性的关键是改性。掺杂稀土元素改性是提高纳米TiO2光催化活性的一个重要手段，近年来国内外在此展开了广泛而深入的研究。掺杂适量的稀土元素（如铈、镧、钇）可提高纳米TiO2薄膜的光催化活

5、性[8]。稀土元素因其独特的电、光、磁、热性能而被人们称之为新材料的“宝库”，是许多高新技术材料不可替代的关键元素。稀土金属在高新技术产业应用方面主要指磁性材料、贮氢材料、稀土荧光、发光材料、汽车尾气净化用催化材料、稀土功能陶瓷材料等[9-11]。借助稀土元素的f层电子、易产生多电子组态等特点人们可以将稀土掺杂到TiO2催化剂中,达到提高其光催化活性和扩大对可见光的光谱响应范围。实验表明[12]，La和Ce元素的掺杂对TiO2晶格的成长产生了影响,在一定程度上阻抑了TiO2的结晶程度，从而减少了电子和空穴移到半导体表

6、面的时间，同时半导体禁带变宽,吸收光谱蓝，改善了光催化活性。适量的的稀土掺杂可以使纳米TiO2光催化剂的吸收光波发生红移、光吸收能力提高、光生点荷复合减少、传递加快、表面缺陷增加、表面吸附增强、颗粒减小、焙烧过程向金红石型的转变减缓，从而使光催化反应效果明显改善[13]。我国少数民族地区稀土矿产资源丰富，稀土掺杂纳米TiO2光催化剂技术的研究将促进少数民族地区稀土资源的开发利用，促进少数民族地区的经济发展。光催化活性是膜及催化载体实用化的关键之一，而改性又是提高活性的关键稀土掺杂提高TiO2系膜活性对光催化反应过程优

7、化值得广泛尝试。然而，一方面影响掺杂光催化效果的因素纷繁复杂，掺杂机理尚不够清楚，其影响机制猜想多于证实，公认性结论也不多；另一方面，由于进行此类研究各自的实验条件和表征方法等的差异，很难在同一平台进行比较，所得结论有时候甚至相互矛盾。此外岳林海等[14]、于向阳等[15]和Ping等[16]研究了稀土元素掺杂对TiO2光催化性能的影响,但对复合掺杂对其影响的研究却很少。国家大学生创新性实验计划立项申请正文甲壳素（chitin）是一种天然多糖,其学名是β-(1→4)-2-乙酰胺基-2-脱氧-D-葡萄糖,是由N-乙酰胺

8、基葡萄糖以及β-1,4糖苷键缩合而成的天然高分子化合物，其分子结构与纤维素极为相似,如果把纤维素的基本单元葡萄糖分子第二个碳元素上的羟基(-OH)换成乙酰氨基(-NHCOH3),纤维素就变成了甲壳素。甲壳素自然界生物含量巨大，仅次于植物纤维素的第二大生物资源,广泛存在于虾、蟹、蝇蛆及昆虫类的外壳，贝类及头足类动物的软骨，一些低等植物及菌类细胞中