CN110130105A - 一种抗菌光催化功能织物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗菌光催化功能织物的制备方法，包括：(1)将织物进行表面处理，用硅烷偶联剂对织物进行改性；(2)将二氧化钛纳米管和石墨烯悬浮液混合，制备石墨烯填充二氧化钛纳米管混合液；(3)依次将二氧化钛纳米管改性混合液、硅烷偶联剂改性织物加入到磷酸盐缓冲溶液，搅拌30～60min得到墨色溶液；(4)升温至80‑100℃回流5‑10h，取出织物烘干即得。本发明成本低，织物强力损伤小，兼有抗菌和光催化自清洁效果，所得的光催化功能织物空气净化效果好，自清洁和抗菌效果好，且作用持久，制备方法可适用于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属抗菌光催化功能织物的制备领域，特别是涉及一种石墨烯填充二氧化钛纳米管可见光催化及抗菌功能织物的制备方法。
技术背景
大气污染、室内装修及纺织品的残留物挥发严重影响室内空气的质量。因此，治理室内空气污染尤其是去除室内空气中的有机污染物成为国内外科技工作者研究的热点。目前，去除室内空气污染物的方法主要有：物理吸附法、化学中和法、空气负离子法、光催化法等。其中，光催化法具有明显的节能、高效、污染物降解彻底等优点且无二次污染，它已成为一种具有重要应用前景的环境治理方法，引起了国内外学者的普遍重视。同时，家居用品中的地毯、窗帘、沙发、床上用品易滋生细菌，抗菌处理尤为重要。近年来，石墨烯的研究逐渐变为热潮，石墨烯的抗菌杀菌性能得到广泛的认同。
世界上能作为光催化材料的有很多，包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉等多种氧化物、硫化物。其中，二氧化钛因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为世界上最当红的光触媒材料，被广泛应用在污水处理、气体净化等行业。但是，二氧化钛的禁带宽度较大，只有吸收能量较大的光子才能使价带电子向导带迁移，所以电子在紫外光下才会被激发。二氧化钛纳米管具备二氧化钛的光触媒物理性能，同时具有纳米尺寸效应。纳米管比颗粒具有更大的比表面积，因为具有较高的吸附能力，中空的结构可大量吸收有机物，提高光电转换效率、光催化性能。同时，二氧化钛纳米管的中空结构可以和其他纳米尺度的物质复合产能协同效应，增强性能。
发明内容
基于以上原因，提供一种光催化抗菌复配材料及其制备方法，通过该制备方法可以得到石墨烯和二氧化钛纳米管复合的光催化材料，从而有效提高二氧化钛纳米粒子的光催化效果，进而将该光催化材料应用于织物时可以高效降解环境中的污染气体。
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种石墨烯填充二氧化钛纳米管可见光催化功能织物的制备方法，该方法成本低，无二次污染，易于工业化生产，所得的材料空气净化效果好。
发明内容：本发明的一种抗菌光催化功能织物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将织物经羧甲基壳聚糖整理液浸润后，80～100℃，烘干1～3min，得到羧甲基壳聚糖改性织物；然后将羧甲基壳聚糖改性织物经硅烷偶联剂水溶液浸润后，80～100℃，烘干4～8min，得到硅烷偶联剂改性织物；
(2)将二氧化钛纳米管分散在溶剂中，超声，搅拌，加入溴代盐酸多巴胺，继续搅拌，洗涤，得到溴代二氧化钛纳米管悬浮液。将石墨烯加入到二氧化钛纳米管悬浮液中，调节pH值7～8.5，温度50～60℃，超声12～24h，形成石墨烯填充二氧化钛纳米管混合液。
(3)在搅拌条件下依次将改性织物、石墨烯填充二氧化钛纳米管混合液加入到磷酸盐缓冲溶液，搅拌30～60min得到墨绿色混合物。
(4)用碱性溶液调节pH值为7～8，升温至80～100℃，回流5～10h，取出织物80℃烘干，得到石墨烯填充二氧化钛纳米管抗菌光催化功能织物。
优选的，所述步骤(1)中织物为棉织物、锦纶织物或氨纶织物。
优选的，所述步骤(1)中织物为非织造布、机织布或针织布。
优选的，所述步骤(1)中的硅烷偶联剂为KH-540、KH-550、KH-560，溶液浓度为1～5g/L。
优选的，所述步骤(1)中的羧甲基壳聚糖整理液为0.1％～5％的羧甲基壳聚糖溶液。
优选的，所述步骤(2)中的二氧化钛纳米管长度为1～5mm，二氧化钛纳米管直径为1～10um，二氧化钛纳米管悬浮液的浓度为0.1～1g/L。
再优选的，所述步骤(2)中的二氧化钛纳米管长度为1～2mm，二氧化钛纳米管直径为5～10um。
优选的，所述步骤(2)中石墨烯为多层石墨烯片层，为10-30层石墨烯结构，石墨烯溶液浓度为0.05～0.2g/L。
优选的，所述步骤(2)中pH值为7～8.5，温度50～60℃，超声12～24h。
优选的，所述步骤(3)中磷酸盐缓冲溶液为0.1mol/L磷酸二氢钠和磷酸氢钠混合液，pH值为6.5～7。
优选的，所述步骤(3)中改性织物与磷酸盐缓冲溶液的比例为1g：50～100mL。
优选的，所述步骤(4)中碱性溶液为浓度为0.1～1mol/L的氢氧化钠水溶液。
有益效果：本发明制备的抗菌光催化功能织物可广泛应用于家装窗帘、沙发布、地毯、床上被单、被罩、枕头等，也可应用于医院病房、实验室、动车汽车内部装饰等装饰领域，具有广阔的应用前景和市场前景。
本发明通过硅烷偶联剂改性织物，石墨烯填充二氧化钛纳米管后，在织物表面形成一层牢靠的抗菌光催化功能层，不仅能够增强织物强力，还能够提高催化剂稳定性，增加光电子分离，提高光催化效率，是一个可实现工业化生产和实际应用的环保工艺技术。
本发明的制备方法成本低，织物强力损伤小，兼有抗菌和光催化自清洁效果，所得的光催化功能织物空气净化效果好，自清洁和抗菌效果好，且作用持久，制备方法可适用于工业化生产。
具体实施例
实施例1
一种抗菌光催化功能织物的制备方法：
1、将纯棉非织造布织物经浓度为2％的羧甲基壳聚糖整理液浸润后，在90℃下烘干3min，得到羧甲基壳聚糖改性织物。然后将羧甲基壳聚糖改性织物经浓度为2g/L的牌号为KH-540硅烷偶联剂水溶液浸润后，在90℃下烘干8min，得到硅烷偶联剂改性织物；
2、将长度为2mm，直径为5um的二氧化钛纳米管分散在乙醇溶剂中，超声搅拌10min，加入溴代盐酸多巴胺，继续搅拌30mim，洗涤后得到溴代二氧化钛纳米管悬浮液。将石墨烯加入到二氧化钛纳米管悬浮液中，调节pH值为8，在温度60℃下超声24h，形成石墨烯填充二氧化钛纳米管混合液。石墨烯为平均20层的多层石墨烯结构，石墨烯在二氧化钛纳米管混合溶液浓度为0.1g/L。
3、在搅拌条件下依次将改性织物、石墨烯填充二氧化钛纳米管混合液加入到磷酸盐缓冲溶液，搅拌60min得到墨绿色混合物。磷酸缓冲液为0.1mol/L磷酸二氢钠，pH值为7。其中，硅烷偶联剂改性织物与磷酸盐缓冲溶液的比例为1g：100mL。
4、用浓度为1mol/L的氢氧化钠碱性溶液调节混合物pH值为7，升温至90℃，回流10h，取出织物80℃烘干，得到石墨烯填充二氧化钛纳米管抗菌光催化功能织物。
将本发明制得抗菌光催化功能织物在光照强度、有害气体浓度、时间等条件下进行对比测试。实验结果表明本技术处理的棉织物具有良好的清洁室内空气和抗菌效果。
实施例2
一种抗菌光催化功能织物的制备方法：
1、将锦纶机织布织物经浓度为2％的羧甲基壳聚糖整理液浸润后，在80℃下烘干3min，得到羧甲基壳聚糖改性织物。然后将羧甲基壳聚糖改性织物经浓度为1g/L的牌号为KH-550硅烷偶联剂水溶液浸润后，在80℃下烘干8min，得到硅烷偶联剂改性织物；
2、将长度为1mm，直径为5um的二氧化钛纳米管分散在乙醇溶剂中，超声搅拌10min，加入溴代盐酸多巴胺，继续搅拌30mim，洗涤后得到溴代二氧化钛纳米管悬浮液。将石墨烯加入到二氧化钛纳米管悬浮液中，调节pH值为8，在温度80℃下超声24h，形成石墨烯填充二氧化钛纳米管混合液。石墨烯为平均10层的多层石墨烯结构，石墨烯在二氧化钛纳米管混合溶液浓度为0.2g/L。
3、在搅拌条件下依次将改性织物、石墨烯填充二氧化钛纳米管混合液加入到磷酸盐缓冲溶液，搅拌60min得到墨绿色混合物。磷酸缓冲液为0.1mol/L磷酸二氢钠和磷酸氢钠混合物，pH值为7。其中，硅烷偶联剂改性织物与磷酸盐缓冲溶液的比例为1g：50mL。
4、用浓度为0.5mol/L的氢氧化钠碱性溶液调节混合物pH值为8，升温至80℃，回流10h，取出织物80℃烘干，得到石墨烯填充二氧化钛纳米管抗菌光催化功能织物。
将本发明制得抗菌光催化功能织物在光照强度、有害气体浓度、时间等条件下进行对比测试。实验结果表明本技术处理的棉织物具有良好的清洁室内空气和抗菌效果。
实施例3
一种抗菌光催化功能织物的制备方法：
1、将氨纶针织布织物经浓度为5％的羧甲基壳聚糖整理液浸润后，在100℃下烘干3min，得到羧甲基壳聚糖改性织物。然后将羧甲基壳聚糖改性织物经浓度为5g/L的牌号为KH-560硅烷偶联剂水溶液浸润后，在100℃下烘干8min，得到硅烷偶联剂改性织物；
2、将长度为5mm，直径为8um的二氧化钛纳米管分散在乙醇溶剂中，超声搅拌10min，加入溴代盐酸多巴胺，继续搅拌30mim，洗涤后得到溴代二氧化钛纳米管悬浮液。将石墨烯加入到二氧化钛纳米管悬浮液中，调节pH值为8，在温度80℃下超声24h，形成石墨烯填充二氧化钛纳米管混合液。石墨烯为平均20层的多层石墨烯结构，石墨烯在二氧化钛纳米管混合溶液浓度为0.1g/L。
3、在搅拌条件下依次将改性织物、石墨烯填充二氧化钛纳米管混合液加入到磷酸盐缓冲溶液，搅拌40min得到墨绿色混合物。磷酸缓冲液为0.1mol/L磷酸二氢钠和磷酸氢钠混合物，pH值为7。其中，硅烷偶联剂改性织物与磷酸盐缓冲溶液的比例为1g：100mL。
4、用浓度为0.2mol/L的氢氧化钠碱性溶液调节混合物pH值为8，升温至80℃，回流10h，取出织物80℃烘干，得到石墨烯填充二氧化钛纳米管抗菌光催化功能织物。
将本发明制得抗菌光催化功能织物在光照强度、有害气体浓度、时间等条件下进行对比测试。实验结果表明本技术处理的棉织物具有良好的清洁室内空气和抗菌效果。
上述内容是结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
Claims (9)
1.一种抗菌光催化功能织物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将织物经羧甲基壳聚糖整理液浸润后，80～100℃，烘干1～3min，得到羧甲基壳聚糖改性织物；然后将羧甲基壳聚糖改性织物经硅烷偶联剂水溶液浸润后，80～100℃，烘干4～8min，得到硅烷偶联剂改性织物；
(2)将二氧化钛纳米管分散在溶剂中，超声，搅拌，加入溴代盐酸多巴胺，继续搅拌，洗涤，得到溴代二氧化钛纳米管悬浮液。将石墨烯加入到二氧化钛纳米管悬浮液中，调节pH值7～8.5，温度50～60℃，超声12～24h，形成石墨烯填充二氧化钛纳米管混合液。
(3)在搅拌条件下依次将改性织物、石墨烯填充二氧化钛纳米管混合液加入到磷酸盐缓冲溶液，搅拌30～60min得到墨绿色混合物。
(4)用碱性溶液调节pH值为7～8，升温至80～100℃，回流5～10h，取出织物80℃烘干，得到石墨烯填充二氧化钛纳米管抗菌光催化功能织物。
2.根据权利要求1所述一种抗菌光催化功能织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的织物为棉织物、锦纶织物或氨纶织物。
3.根据权利要求1所述一种抗菌光催化功能织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的的硅烷偶联剂为KH-540、KH-550、KH-560，溶液浓度为1～5g/L。
4.根据权利要求1所述一种抗菌光催化功能织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的羧甲基壳聚糖整理液为0.1％～5％的羧甲基壳聚糖溶液。
5.根据权利要求1所述一种抗菌光催化功能织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的二氧化钛纳米管长度为1～5mm，二氧化钛纳米管直径为1～10um，二氧化钛纳米管悬浮液的浓度为0.1～1g/L。
6.根据权利要求1所述一种抗菌光催化功能织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的石墨烯为多层石墨烯片层，石墨烯溶液浓度为0.05～0.2g/L。
7.根据权利要求1所述一种抗菌光催化功能织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的磷酸盐缓冲溶液为0.1mol/L磷酸二氢钠，pH值为6.5～7。
8.根据权利要求1所述一种抗菌光催化功能织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的改性织物与磷酸盐缓冲溶液的比例为1g：50～100mL。
9.根据权利要求1所述一种抗菌光催化功能织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的碱性溶液为浓度为0.1～1mol/L的氢氧化钠水溶液。
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