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自洁净玻璃的制备及其功能化研究

作　者: 张新蓉
导　师: 魏丽乔
学　校: 太原理工大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 自洁净玻璃纳米TiO2 载银TiO2 熔融共混抗菌光催化
分类号: TQ171.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

功能玻璃是目前广泛应用的新型材料。随着其在交通、建筑等领域的大规模应用,以及世界范围内环境污染问题的不断增多,玻璃的清洁问题日益突出,寻求一种具有高效自清洁功能的玻璃,成为世界各国研究的热点和难点。近年来,利用TiO2光催化剂进行环境净化逐步引起了广泛的关注。目前研究的自洁净玻璃主要是在表面镀一层40nm厚的TiO2膜,通过与太阳光的光合作用分解玻璃表面的脏物。但是,这种玻璃的自洁净性仅局限于表面,耐磨性、持久性差。本论文将纳米颗粒TiO2与普通硅酸盐玻璃原材料在硅钼炉中高温熔融共混,使玻璃内部含有TiO2,制备出一种具有由内至外抗菌性能的自洁净玻璃。对其微观形貌、光催化性能和抗菌性能等进行了表征分析,并讨论了制备过程中纳米TiO2的添加量、熔制温度、保温时间等因素工艺参数对制品质量的影响。扫描电镜结果表明,纳米TiO2粉体融入玻璃材料中;抑菌环法和振荡烧瓶法测试显示其具有较好的抗菌性能,且抗菌性随着纳米TiO2添加量的升高而升高且趋于稳定,杀菌率高达94.6%;添加25%纳米TiO2粉体的样品经120min紫外光照之后对亚甲基蓝降解率达到54.22%。为了改善TiO2抗菌剂需要紫外光照射,太阳光利用率低等缺陷,本论文中,我们还制备了Ag/TiO2复合粉体材料,并对其结构和性能进行了研究。研究发现:TiO2载银有利于颗粒细化,有利于提高TiO2的光催化活性和抗菌性能。将这种复合粉体与玻璃原材料共混熔融制备出了Ag/TiO2自洁净玻璃。通过SEM、EDS、XRD和FT-IR对其结构进行了研究分析,并讨论了自洁净玻璃的光催化和抗菌性能,获得如下结果:(1)Ag/TiO2复合粉体的粒径为50-80nm,自洁净玻璃中复合粉体的粒径为100-200nm,分布较为均匀;(2)载银并未改变TiO2的基本结构,但出现了银的衍射特征峰。自洁净玻璃的主要形态仍为无定形态,但是出现了新的Ti-O-Si键,说明功能材料已进入玻璃内部结构中;(3)含10% Ag/TiO2复合粉体的自洁净玻璃样品经光照120min后对亚甲基蓝降解率高达到50.59%,超过了含12.5% TiO2样品降解率的40.90%;(4)载银自洁净玻璃对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)的抑菌环直径均大于标准值的7mm,且对S.aureus的杀菌作用更强。含10% Ag/TiO2的自洁净玻璃对E.coli的抑菌环直径为10.43mm,而对S.aureus的抑菌环直径为12.38mm。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章文献综述  11-39
  1.1 玻璃的功能化  11-21
    1.1.1 功能化玻璃的定义及分类  12-19
    1.1.2 功能化玻璃的应用现状及发展前景  19-21
  1.2 自洁净玻璃  21-27
    1.2.1 自洁净玻璃的定义及原理  21-23
    1.2.2 自洁净玻璃的制备方法  23-25
    1.2.3 自洁净玻璃的研究现状  25-26
    1.2.4 纳米自洁净玻璃的应用前景  26-27
  1.3 功能材料  27-34
    1.3.1 抗菌材料  28
    1.3.2 抗菌定义与评价  28-30
    1.3.3 抗菌剂的分类及其特点  30-33
    1.3.4 光触媒抗菌剂的研究发展概况  33
    1.3.5 银系无机抗菌材料的研究发展概况  33-34
  1.4 研究目的与内容  34-35
  参考文献  35-39
第二章纳米二氧化钛自洁净玻璃的制备及表征  39-58
  2.1 引言  39-40
  2.2 实验部分  40-43
    2.2.1 主要实验材料与试剂  40-42
    2.2.2 主要实验仪器与设备  42
    2.2.3 实验步骤  42-43
  2.3 表征及测试  43-46
    2.3.1 微观形貌及成分分析  43-44
    2.3.2 光催化性能分析  44
    2.3.3 抗菌性能检测  44-46
  2.4 结果与讨论  46-56
    2.4.1 结构理论分析  46-47
    2.4.2 微观形貌及成分检测  47-49
    2.4.3 光催化性能检测  49-50
    2.4.4 抗菌性能检测  50-52
    2.4.5 熔制过程中影响因素的讨论  52-56
  2.5 小结  56
  参考文献  56-58
第三章载银纳米二氧化钛自洁净玻璃的制备及表征  58-77
  3.1 引言  58-62
    3.1.1 二氧化钛的改性技术  58-60
    3.1.2 载银二氧化钛改性  60-62
  3.2 实验部分  62-64
    3.2.1 主要实验材料与试剂  62
    3.2.2 主要实验仪器  62-63
    3.2.3 实验步骤  63-64
  3.3 表征及测试  64-65
    3.3.1 微观形貌及成分分析  64
    3.3.2 X 射线衍射分析（XRD）  64
    3.3.3 红外光谱分析（FT-IR）  64
    3.3.4 光催化性能分析  64
    3.3.5 抗菌性能检测  64-65
  3.4 结果与讨论  65-73
    3.4.1 微观形貌分析  65-66
    3.4.2 X 射线衍射分析（XRD）  66-68
    3.4.3 红外光谱分析（FT-IR）  68-69
    3.4.4 光催化性能分析  69-71
    3.4.5 抗菌性能检测  71-73
  3.5 小结  73-74
  参考文献  74-77
第四章结论  77-79
第五章创新与展望  79-80
  5.1 创新点  79
  5.2 存在问题与展望  79-80
致谢  80-81
硕士期间的成果  81

自洁净玻璃的制备及其功能化研究

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