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陶瓷釉面抗菌自洁薄膜的制备工艺和性能研究

作　者: 王佳
导　师: 彭兵
学　校: 中南大学
专　业: 环境工程
关键词: 载银纳米二氧化钛薄膜溶胶分散稳定性光催化性能抗菌性能
分类号: TQ174.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 362次
引　用: 3次
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内容摘要

抗菌陶瓷的核心是抗菌剂，目前应用于生产抗菌陶瓷的无机抗菌剂主要是银系和二氧化钛光催化抗菌剂，其主要的负载方式是将抗菌剂添加到陶瓷釉料中烧制成成品或直接涂镀在陶瓷成品的釉层表面形成抗菌膜。本课题采用将载银纳米二氧化钛薄膜镀制在陶瓷釉面的方法制备抗菌自洁陶瓷，重点研究了载银纳米二氧化钛水溶胶的制备工艺和镀膜热处理工艺及它们与釉面薄膜光催化性能和抗菌性能的关系。本研究使用胶溶法制备稳定的载银纳米二氧化钛水溶胶，以溶胶的Zeta电位、透过率及粒径分布为主要表征指标，着重考察溶胶pH值、胶体配制浓度、胶溶剂浓度、制胶温度及载银改性对其分散稳定性的影响，优化了制备工艺条件，并对其在陶瓷釉面基底上的镀膜效果以SEM和EDS进行了表征和测试。研究结果表明：当制胶水浴T=40～80℃，溶胶pH=1.2～2.0时，使用质量分数为5％的稀硝酸或质量分数为3％的稀盐酸胶溶按0.05～0.3mol/L配制的正钛酸前驱体，均能够制备出较稳定的纳米二氧化钛水溶胶；但使用硝酸胶溶的载银溶胶分散稳定性要优于使用盐酸胶溶的载银溶胶。影响二氧化钛薄膜光催化活性和抗菌性能的因素涉及到晶型、粒径和晶体缺陷等，此外还与薄膜厚度、表面结构及所制备的二氧化钛薄膜中是否掺杂有其它组分有关。因此本课题研究，以镀膜后的陶瓷样片对甲基橙的降解率和对大肠杆菌的抗菌率为主要表征指标，辅助以XRD分析，重点考察镀膜层数、热处理温度、热处理时间和银离子掺杂对薄膜光催化性能和抗菌性能的影响。研究结果表明：当热处理温度为350℃，热处理保温时间为2h，镀膜层数为3层，掺杂3％的硝酸银时，能够制备出光催化降解性能和抗菌性能俱佳的载银纳米二氧化钛抗菌自洁薄膜。且该镀膜具有良好的抗菌持久性和基底附着强度的，实际抗菌率可达到71％。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章文献综述  9-24
  1.1 引言  9-10
  1.2 抗菌材料的分类及特点  10-12
    1.2.1 有机类抗菌材料  10
    1.2.2 天然类抗菌材料  10
    1.2.3 无机类抗菌材料  10-11
    1.2.4 复合型抗菌材料  11-12
  1.3 抗菌陶瓷的发展现状  12-14
    1.3.1 国外发展现状  12
    1.3.2 国内发展现状  12-14
  1.4 抗菌陶瓷的特点及存在的问题  14-16
    1.4.1 银系抗菌陶瓷  14-15
    1.4.2 二氧化钛光催化抗菌陶瓷  15-16
  1.5 TiO_2光催化抗菌剂的固定化(薄膜化)技术  16-22
    1.5.1 薄膜载体的类型、要求和作用  16-17
    1.5.2 TiO_2固定化(薄膜化)方法  17-22
  1.6 本课题选题思想和研究内容  22-24
第二章实验研究方法  24-34
  2.1 实验主要原料、化学试剂及仪器  24-26
    2.1.1 实验原料  24
    2.1.2 主要化学试剂  24
    2.1.3 主要试验仪器  24-26
  2.2 技术路线及工艺流程  26-28
    2.2.1 正钛酸前驱体的制备  26
    2.2.2 载银纳米二氧化钛水溶胶的制备  26
    2.2.3 陶瓷釉面的预处理  26
    2.2.4 载银纳米二氧化钛薄膜的制备  26-27
    2.2.5 工艺流程  27-28
  2.3 胶溶体系分散稳定性分析表征方法  28-29
    2.3.1 胶溶体系 Zeta 电位的测定  28
    2.3.2 胶溶体系透过率的测定  28-29
    2.3.3 胶体粒径分析  29
  2.4 抗菌薄膜物化性能表征方法  29-33
    2.4.1 划格试验  29-30
    2.4.2 耐腐蚀性能表征  30
    2.4.3 光催化性能表征  30
    2.4.4 薄膜的抗菌性能表征  30-32
    2.4.5 薄膜的外观质量评价  32-33
  2.5 抗菌薄膜形貌物相分析方法  33-34
    2.5.1 扫描电镜分析(SEM)  33
    2.5.2 X射线衍射分析(XRD)  33-34
第三章载银纳米二氧化钛水溶胶的制备  34-56
  3.1 前言  34
  3.2 正钛酸的胶溶机理  34-36
  3.3 胶溶体系分散稳定性研究  36-47
    3.3.1 pH值对正钛酸胶溶过程的影响  36-38
    3.3.2 胶体配制浓度与胶溶效果的关系  38-39
    3.3.3 胶溶剂浓度与胶溶效果的关系  39-41
    3.3.4 制胶温度与胶溶效果的关系  41-42
    3.3.5 优化条件下使用两种不同胶溶剂的溶胶粒子大小比较  42-45
    3.3.6 纳米二氧化钛水溶胶镀膜效果的初探  45-47
  3.4 正钛酸胶溶前驱体载银  47-55
    3.4.1 正钛酸胶粒载银  47
    3.4.2 两种不同载银溶胶的分散稳定性比较  47-48
    3.4.3 载银量对溶胶分散稳定性的影响  48-49
    3.4.4 两种不同载银溶胶的胶体粒子大小比较  49-53
    3.4.5 两种不同载银溶胶的镀膜效果比较  53-55
  3.5 小结  55-56
第四章薄膜热处理工艺及其对光催化性能的影响研究  56-66
  4.1 前言  56
  4.2 膜层厚度对薄膜物化性能的影响  56-59
    4.2.1 厚度与薄膜光催化性能的关系  56-58
    4.2.2 厚度与薄膜外观性能的关系  58-59
  4.3 热处理温度对薄膜物化性能的影响  59-61
    4.3.1 温度与二氧化钛晶型的关系  59-60
    4.3.2 温度与薄膜光催化性能的关系  60-61
  4.4 热处理时间对薄膜光催化性能的影响  61-62
  4.5 Ag~+掺杂对薄膜光催化性能的影响  62-64
    4.5.1 两种不同载银薄膜的光催化性能比较  62-63
    4.5.2 载银量对薄膜光催化性能的影响  63-64
  4.7 小结  64-66
第五章载银薄膜的抗菌性能研究  66-77
  5.1 前言  66
  5.2 Ag~+掺杂对薄膜抗菌性能的影响  66-69
    5.2.1 两种不同载银薄膜的抗菌性能比较  66-67
    5.2.2 载银量对薄膜抗菌性能的影响  67-69
  5.3 膜层厚度与薄膜抗菌性能的关系  69-71
  5.4 热处理温度与薄膜抗菌性能的关系  71-72
  5.5 热处理时间与薄膜抗菌性能的关系  72-73
  5.6 薄膜的抗菌性能测试  73-74
    5.6.1 薄膜抗菌性能的自然菌落法表征  73-74
    5.6.2 薄膜的抗菌耐久性测试  74
  5.7 薄膜的物理稳定性测试  74-76
    5.7.1 薄膜耐腐蚀性能测试  74-75
    5.7.2 薄膜与基底的附着强度检验  75-76
  5.8 小结  76-77
第六章结论与建议  77-80
  6.1 总结  77-78
  6.2 建议与展望  78-80
参考文献  80-86
致谢  86-87
攻读硕士学位期间主要的研究成果及获奖情况  87

陶瓷釉面抗菌自洁薄膜的制备工艺和性能研究

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