探索溶胶凝胶法制备二氧化钛基抗菌薄膜及其性能研究

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1、广东工业大学硕士学位论文溶胶凝胶法制备二氧化钛基抗菌薄膜及其性能研究姓名：陈小兵申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：黄慧民;邓淑华20040428摘要随着社会的进步以及人民生活水平的提高，人们对健康的生存环境日益关注，抗菌防菌意识不断增强。自70年代中期以来，人们对二氧化钛的光催化活性进行了大量的研究，利用二氧化钛来消除与降解污染物成为环境科学领域的一个非常活跃的研究方向，然而，迄今为止，对二氧化钛光催化材料的应用仍然采用Ti02颗粒的悬浊液，其缺点是溶液中的颗粒难以回收。制各半导体膜的固定化

2、是解决这一问题的有效途径之一，而溶胶凝胶技术可以实现薄膜的固定化。科学家发现二氧化钛光催化材料具有广谱抗菌性，在光照下，对各种常见的致病菌均有～定的抑制与杀灭作用。银离子、铜离子也具各杀菌作用，能杀灭常见细菌，尤其是银离子杀菌力极强，杀菌耐久性良好，用量少，无菌，无刺激，研究表明：以二氧化钛薄膜作银、铜等离子的载体，能使二者抗菌特性互补，可极大提高抗菌性能。正是在这种背景下，本文回顾了抗菌剂的发展概况，综述了无机抗菌剂在制备方法、抗菌性能等方面的研究进展，详细讨论了纳米二氧化钛薄膜的制备方法及其光催

3、化活性的研究进展，同时对二氧化钛光催化半导体及含银、含铜无机抗菌剂的抗菌性能进行了综合分析。以钛酸丁酯为前驱体，采用溶胶．凝胶方法，对二氧化钛微晶薄膜的制备工艺进行了研究，解决了Ti02的固定问题，在普通玻璃表面上获得了负载牢固的透明性较好的锐钛矿型纳米Ti02抗菌薄膜。研究表明：通过改变溶胶中水、溶剂、硝酸等与前驱体的配比，可控制溶胶的水解聚合速度，生成具有良好成膜性能的溶胶，并得出了较理想的配比(摩尔比)及反应条件为：乙醇／钛酸丁酯=45，水／钛酸丁酯=2，硝酸／钛酸丁酯=O_3，乙酰丙酮／钛酸

4、丁酯=O．5，水解反应温度为30‘C。基板的提拉速度为10cm／min，退火温度为450℃，退火时间为l小时。改变溶胶中银离子、铜离子含量，制备出多种掺银、掺铜和同时掺银、铜的Ti02抗菌薄膜。本论文还对离子掺杂Ti02薄膜进行了研究，研究了掺杂比对薄膜光催化性能的影响，分别找出A矿／Ti=5％、Cu2+／Ti=2％时Ti02薄膜光催化效果最佳。通过XRD、SEM对制备出的各种'ri02薄膜的微观性能进行了表征，并讨论了膜厚、退火时问、退火温度、掺杂量对光催化性能的影响。然后通过各种Ti02薄膜对大

5、肠杆菌的抗菌实验结果还表明：二氧化钛的抗菌机理是光催化抗菌；而离子的抗菌机理是接触性除菌。分别掺入Ag+、Cu2+与Ti02在一起，二者有协同效应，可提高抗菌效果。若同时加入A矿、cu2+则可进～步提高抗菌效果，有关这方面的研究，过去还未见报道。关键词：二氧化钛，溶胶-凝胶，薄膜，光催化，掺杂，抗菌ⅡABSTRACTWiththeprogressofoursocietyandtheadvancementoflivingstandard．,peoplearepayingmoreandinorcatte

6、ntiontothehealthyenvironmentwheretheylive·MuchresearchhasbeendoneonthephotocatalyficpropertiesofTi02sincefiemetaphaseof1970s．TakingadvantageofTi02Ioremoveanddegradepollutantshasbecomeaveryactiveresearchdirectioninthefieldofenvironmentscience,．Howeverth

7、eapplicationofphotocatalysisstudiesstillusesslurriesofTi02particleswhicharedifficulttoberecovered．Theimmobilityofsemiconductorthinfilmsisoneoftheef＆ctiVemethodstosolvethisproblem,whilesol·geltechnologycanrealizetheimmobilityoflhinfilms．Scientistshavef0

8、,undcutthatTiC2hasbroad--spectrumresistanceandcansuppressorkillcommonpathogentosomeextentbyilluminationwilhlight．Ag+，C一+arecapableofkillingmostcommonbacteria，especiallyAg十hasstrongeffectinkillirgbacteriaanditseffectcanlastfor10ng．,Theco