具体实施方式
本发明通过一般洗涤过程使锐钛型nmTiO2溶液中的锐钛型nmTiO2微粒具有类似分子间引力结合的形式附着和分散到纺织物(如衣服,床上用品,窗帘,桌椅套等)表面,使之能在阳光或荧光灯照射下发生光催化反应,达到杀灭沾染的细菌及分解吸附的有机污染物。
一、本发明采用的材料:
1.利用X光衍射图谱(XRD)确定纳米二氧化钛的晶体类型,选取出锐钛型nmTiO2;
2.利用nmTiO2粉末比表面数据佐证,比表面积不小于120m2/g的锐钛型nmTiO2,使所选取出的锐钛型nmTiO2的微粒直径不大于30nm;
3.采用食品级羟丙基甲基纤维素;
4.利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)做分散助剂;
5.蒸馏水;
6.锆珠混合物:直径为Φ1mm与Φ2mm,混合比例为4∶6
二、本发明采用的器材:
1.采用市售SDF-400分散砂磨机
2.采用市售涂-4粘度计
3.采用气相色谱仪GC-9800
三、本发明的技术要求:
用于纺织物的锐钛型nmTiO2溶液必须满足:
(a).溶液有光催化分解有机污染物、灭菌等功能。
因此要求锐钛型nmTiO2的粒径应在30nm以下,锐钛型nmTiO2的粒径优选为20-25nm。粒径小于20nm的锐钛型nmTiO2一般只能存在于酸性溶胶中,粒径大于30nm的粒子则光催化功能随着粒径变大而衰退,同时对纺织物的附着力也随之变弱。
(b).提高水溶液的粘度,使锐钛型nmTiO2不发生凝聚,以避免因凝聚而使锐钛型nmTiO2粒径变大而失去光催化性能。添加水溶性纤维素是提高水溶液粘度最简便的方法(粘度使用涂-4杯粘度计测定),实验证明纤维素溶液的粘度在室温(20-25℃)的环境下控制在5-10分钟左右,适宜锐钛型nmTiO2在溶液中分散。纤维素浓度可视环境温度而定。
纤维素品种选择原则是:首先必须是水溶性,其次分子量不宜过大。在需要粘度范围内,纤维素浓度以不超过5%为好。同时为了使锐钛型nmTiO2分散得均匀,必须在高速搅拌下分散,搅拌速度2500-3000r/min。用PVP做分散助剂。
四、本发明制备含锐钛型nmTiO2溶液的步骤:
环境温度为室温(20-25℃)时,在2000-2500ml蒸馏水中加入10.005g-12.505g PVP(PVP重量为溶剂重量的0.5%)待完全溶解后,再加入70.009g-87.504g纤维素(纤维素重量为溶剂重量的3.5%),使用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌3小时,得到PVP浓度为0.5%、纤维素浓度为3.5%,粘度为5分40秒至9分的体系溶液(粘度使用涂-4杯粘度计测定)。取上述体系溶液500ml为基础,加入0.022g-2.501g锐钛型nmTiO2粉末(颗粒直径为20-25nm),锐钛型nmTiO2重量为所述体系溶液中溶剂重量的0.04‰-5‰,同时加入20-50g锆珠,利用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌2小时,滤去溶液中的锆珠,得到0.04‰-5‰浓度的锐钛型nmTiO2溶液;取上述体系溶液2000ml为基础,加入10.012g锐钛型nmTiO2粉末(颗粒直径为20-25nm),锐钛型nmTiO2重量为所述体系溶液中溶剂重量的5‰(粘度使用涂-4杯粘度计测定),利用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌2小时,得到5‰浓度的锐钛型nmTiO2溶液。根据实际需求量进行稀释或者直接对纺织物以普通洗涤的方式将锐钛型nmTiO2附着到纺织物上。
本发明的实施例一:
环境温度为室温(20-25℃)时,在2300ml蒸馏水中加入11.395g PVP,待完全溶解后,再加入80.104g纤维素,使用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌3小时,得到PVP浓度为0.5%纤维素浓度为3.5%,粘度为5分40秒的体系溶液。取上述溶液500ml为基础,加入0.501g锐钛型nmTiO2粉末,同时加入20g锆珠,利用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌2小时,滤去溶液中的锆珠,得到1‰浓度的锐钛型nmTiO2溶液。
本发明的实施例二:
环境温度为室温(20-25℃)时,在2300ml蒸馏水中加入11.395g PVP,待完全溶解后,再加入80.104g纤维素,使用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌3小时,得到PVP浓度为0.5%,纤维素浓度为3.5%,粘度为5分40秒的体系溶液。取上述溶液500ml为基础,加入1.502g锐钛型nmTiO2粉末,同时加入20g锆珠,利用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌2小时,滤去溶液中的锆珠,得到3‰浓度的锐钛型nmTiO2溶液。
本发明的实施例三:
环境温度为室温(20-25℃)时,在2300ml蒸馏水中加入11.395g PVP,待完全溶解后,再加入80.104g纤维素,使用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌3小时,得到PVP浓度为0.5%,纤维素浓度为3.5%,粘度为5分40秒的体系溶液。取上述溶液500ml为基础,加入2.501g锐钛型nmTiO2粉末,同时加入20g锆珠,利用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌2小时,滤去溶液中的锆珠,得到5‰浓度的锐钛型nmTiO2溶液。
本发明的实施例四:
环境温度为室温(20-25℃)时,在2300ml蒸馏水中加入11.395g PVP,待完全溶解后,再加入80.104g纤维素,使用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌3小时,得到PVP浓度为0.5%纤维素浓度为3.5%,粘度为5分40秒的体系溶液。取上述溶液500ml为基础,加入0.245g锐钛型nmTiO2粉末,同时加入20g锆珠,利用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌2小时,滤去溶液中的锆珠,得到0.5‰浓度的锐钛型nmTiO2溶液。
本发明的实施例五:
环境温度为室温(20-25℃)时,在2500ml蒸馏水中加入12.505gPVP,待完全溶解后,再加入87.504g纤维素,使用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌3小时,得到PVP浓度为0.5%,纤维素浓度为3.5%,粘度为9分的体系溶液。取上述溶液500ml为基础,加入0.051g锐钛型nmTiO2粉末,同时加入20g锆珠,利用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌2小时,滤去溶液中的锆珠,得到0.1‰浓度的锐钛型nmTiO2溶液。
本发明的实施例六:
环境温度为室温(20-25℃)时,在2500ml蒸馏水中加入12.505gPVP,待完全溶解后,再加入87.504g纤维素,使用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌3小时,得到PVP浓度为0.5%,纤维素浓度为3.5%,粘度为9分的体系溶液。取上述溶液1000ml为基础,加入10.000g锐钛型nmTiO2粉末,同时加入20g锆珠,利用砂磨机在2500-3000r/min速度下搅拌2小时,滤去溶液中的锆珠,得到1%浓度的锐钛型nmTiO2溶液。
本发明的实施例七:
环境温度为室温(20-25℃)时,在2500ml蒸馏水中加入12.505g PVP,待完全溶解后,再加入87.504g纤维素,使用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌3小时,得到PVP浓度为0.5%,纤维素浓度为3.5%,粘度为9分的体系溶液。取上述溶液500ml为基础,加入0.022g锐钛型nmTiO2粉末,同时加入50g锆珠,利用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌2小时,滤去溶液中的锆珠,得到0.04‰浓度的锐钛型nmTiO2溶液。
本发明的实施例八:
环境温度为室温(20-25℃)时,在2000ml蒸馏水中加入10.005g PVP待完全溶解后,再加入70.009g纤维素,使用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌3小时,得到PVP浓度为0.5%,纤维素浓度为3.5%,粘度为9分的体系溶液。取上述溶液2000ml为基础,加入10.012g锐钛型nmTiO2粉末,利用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌2小时,得到5‰浓度的锐钛型nmTiO2溶液。
上述制备的锐钛型nmTiO2溶液可以根据实际需求量进行稀释或直接对纺织物以市售普通洗衣机洗涤的方式进行锐钛型nmTiO2对纺织物的附着。
五、本发明稀释锐钛型nmTiO2溶液的步骤:
稀释实施例一:
环境温度为室温(20-25℃)时,取3‰浓度的锐钛型nmTiO2溶液400ml,加入1600ml蒸馏水,使用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌2小时,稀释得到0.6‰浓度的锐钛型nmTiO2溶液。
稀释实施例二:
环境温度为室温(20-25℃)时,取5‰浓度的锐钛型nmTiO2溶液400ml,加入1600ml蒸馏水,使用砂磨机在2500-3000r/min的速度下搅拌2小时,稀释得到1‰浓度的锐钛型nmTiO2溶液。
稀释实施例三:
环境温度为室温(20-25℃)时,取5‰浓度的锐钛型nmTiO2溶液1000ml,加入33300ml蒸馏水,使用市售普通洗衣机在该洗衣机的洗涤转速下搅拌2小时,稀释得到0.15‰浓度的锐钛型nmTiO2溶液。
稀释实施例四:
环境温度为室温(20-25℃)时,取5‰浓度的锐钛型nmTiO2溶液500ml,加入33800ml蒸馏水,使用市售普通洗衣机在该洗衣机的洗涤转速下搅拌2小时,稀释得到0.074‰浓度的锐钛型nmTiO2溶液。
通过上述稀释步骤的锐钛型nmTiO2溶液可以直接将nmTiO2附着到被洗涤的纺织物上,使其具有分解有机污染物及灭菌的效果。
六、本发明对附着锐钛型nmTiO2纺织物的光催化功能的检测:
根据锐钛型nmTiO2粒子的性质,它在体系中浓度越低,纳米粒子越不易凝聚,稳定性越好。但为了便于应用,浓度不能过低,实验取3‰、5‰浓度为基础,制备功能性检验的溶液。
一、对附着有锐钛型nmTiO2的布样分解有机污染物与灭菌能力的检验:
根据锐钛型nmTiO2吸收光能产生氢氧自由基而发生分解有机污染物、灭菌、超亲水性等一系列反应机理,选择光催化产生氢氧自由基后对有机污染物的分解作为主要检验手段。因为苯有很好的共轭结构,分解它需要较大能量,所以可以用它作为检验光催化氧化分解有机污染物的目标化合物。
本检验是将含锐钛型nmTiO2的布样(200*200mm)置于密闭的苯蒸汽反应器(250*250*30mm,内腔体积约1083cm3)中,反应器的受光面为石英玻璃(230*230*3mm)光照参数:波长385nm,石英玻璃表面的光强0.15mW/cm2。
苯蒸气静态检验是布样上所含锐钛型nmTiO2(固)与苯蒸气(气)的反应。光催化反应是在布样上附着的锐钛型nmTiO2粒子界面进行的,因此反应器中苯蒸气向布样表面的扩散速度是影响反应速度的重要因素。当苯分子一开始裂解就会产生裂解的小分子与苯分子同时存在的现象。这时反应器中是一团混合气体,由于苯分子相对较大,所以落在纳米二氧化钛表面的几率必定减少,苯分解速度也必定逐趋缓慢。因此本检验只说明附着nmTiO2的布样具有光催化分解苯蒸气的功能,不说明它的分解速度。
检验布样的制备:实验选择含锐钛型nmTiO2浓度为0.6‰,1‰,0.15‰,0.073‰的四种溶液。其中0.6‰和1‰两个浓度各取1000ml,布样尺寸为200*200mm。将布样置于圆筒型搅拌头上,在溶液中搅拌1小时后在空气中晾干待检测。另取0.15‰和0.074‰两个浓度的溶液,分别按上述稀释实施例三、四制备。将布样(200*200mm)各10块置于洗衣机中洗涤0.5小时后在空气中晾干,待检验。
检验:将附载锐钛型nmTiO2的布样及苯蒸气的反应器置于100℃±1℃恒温装置中,用微量注射器在苯蒸汽反应器中注入10μl苯(完全气化后反应器中约有10mg苯),平衡14小时后开始照光。照光1小时后开始自动取样(C0),每隔一小时取样一次(Ct),每次取三个平行样,由GC-9800气相色谱仪分析,用测得的实时峰面积递降显示苯的分解。检验以不含锐钛型nmTiO2的空白布样作为对照。
色谱条件:检测器:FID;色谱柱5m OV-101;柱温:80℃;检测器温度:180℃;载气:N2 30ml/min。
结果(在室温条件下)苯分解%ΔC(C0-Ct)/Co
注:空白布样的苯分解(苯的消失)平均为3%
实验证明附着纳米二氧化钛的布样具有分解苯蒸气的能力
二、对附着有锐钛型nmTiO2的布样的光催化灭菌性能检验:
提供抗菌性能检验的布样是在锐钛型nmTiO2浓度为1%的溶液1000ml中反复搅拌、漂洗5次后在空气中晾干所得。对照布样上无锐钛型nmTiO2。参照GB/T23763-2009进行检验,结果如下。
抗菌性能检测报告
样品名称:布样
样品数量:6块
样品规格:40mm×40mm
检测日期:2011.10.13~2011.10.24
检测依据:中华人民共和国国家标准GB/T 23763-2009,《光催化抗菌材料及制品抗菌性能的评价》
光照条件:光源波长365nm,光强0.09mw/cm2,光照时间17h
试验用菌:大肠杆菌(Escherichia coli)ATCC 25922
尽管上述通过举例说明,已经描述了本发明的最佳的具体实施方式,本发明的保护范围并不仅限于上述说明,本发明的锐钛型nmTiO2溶液可以附着在墙壁、瓷砖、木料等多种物体表面起到杀菌效果,本领域一般技术人员可以理解的是,在不背离本发明所教导的实质和精髓的前提下,任何修改和变化都落入本发明的保护范围中。