题目：二氧化钛/苎麻纤维复合材料制备以其应用研究

摘  要

随着社会的进步及工业的快速发展，使资源及环境问题日益突出，环境友好的纤维素材料成为最主要的替代资源之一。本研究以我国产量最大的麻类纤维素——苎麻纤维为原料进行了如下研究：
1、综述了苎麻纤维的组成、形态、分子结构及基本物理性能。苎麻纤维主要由纤维素组成。苎麻纤维细而长，颜色较白，有绢丝般的光泽，中间有沟状空腔，管壁多孔隙，吸水性、散热性好，有质感，强度大，同时具有防菌、防霉、防虫蛀等功能。系统介绍了苎麻纤维的表征方法，红外光谱、x-射线衍射、扫描电子显微镜、热分析是表征苎麻纤维的主要方法。介绍了二氧化钛的晶体结构、光催化原理。按照非模板法与模板法对纳米二氧化钛的制备方法进行了介绍，模板法合成纳米材料是制备特殊形貌的纳米材料的有效方法。根据所用模板的结构特点和限域能力的不同，一般可以分为硬模板和软模板两类。软模板主要包括高分子模板、表面活性剂分子形成的胶束模板等，硬模板主要是多孔氧化铝、二氧化硅、碳纳米管、分子筛以及生物模板。以溶胶的制备为主，介绍了几种制备纳米TiO2纤维素复合材料的方法。
2、通过苎麻纤维与TiO2的复合制备具有防紫外线功能的纤维。以脱胶后的苎麻纤维为原料，钛酸丁酯为前驱体，绝对乙醇为溶剂，通过表面胶凝过程，在苎麻纤维表面形成了均匀的无定型态TiO2纳米级涂层。详细考察了含水量、反应时间、前驱体浓度等对产物中TiO2含量的影响。研究得出合成纳米TiO2/苎麻纤维复合纤维的最佳反应条件是将2.0 g苎麻纤维置于1.5%钛酸丁酯乙醇溶液中，回流反应24 h，循环反应3次。所制备的复合材料中TiO2的极有可能是无定型态，并且在纤维表面分布均匀，基本上完全包裹住了纤维。复合纤维不仅保留了原纤维的优良性能，其紫外吸收性能得到了明显的提高。水洗后纤维中TiO2的含量降低，其紫外吸收性能也有所降低，但复合纤维仍有很强的紫外吸收性能。
3、分别以脱胶后的苎麻纤维、氢氧化钠改性苎麻纤维、氢氧化钠和二甲亚砜改性苎麻纤维为硬模板，钛酸丁酯为前驱体，绝对乙醇为溶剂，通过表面胶凝过程，在苎麻纤维表面形成了均匀的二氧化钛纳米级涂层，然后经过焙烧，获得了具有独特褶皱形貌的锐钛矿相TiO2。通过详细考察溶剂的含水量、反应时间及前驱体浓度对产率的影响。得出最佳反应条件为：2.0 g苎麻纤维在1.5%的钛酸丁酯乙醇溶液中反应24 h，干燥后在500 oC下焙烧12 h得产物TiO2。XRD结果表明，所得产物为锐钛矿相。SEM显示所得TiO2表面具有丰富的褶皱。以酸性大红3R(Pon4R)为模型染料，对所得TiO2的光催化性能进行了测试。结果表明：以脱胶后的苎麻纤维为模板制备的催化剂对Pon4R的光降解有明显的催化效果；以碱处理后的苎麻纤维为模板制备的TiO2的褶皱结构更明显，花纹更细腻，但由于存在钠、钙等杂质，对Pon4R没有表现出光催化降解性能。
4、以苎麻纤维为催化剂的固定材料，钛酸丁酯为前驱体，在硝酸存在下，利用溶胶-凝胶法在低温下制得苎麻纤维固载TiO2光催化剂。研究了硝酸量及钛酸丁酯的量对凝胶晶型的影响。所得固载TiO2光催化剂中的TiO2可能为锐钛矿相，能强烈地吸收紫外线。固载TiO2光催化剂中的苎麻纤维仍保持了原来的纤维素I结晶态，但纤维的机械性能大大降低，从而使其更易粉碎。以酸性大红3R (Pon4R)模型污染物，研究了纤维固载TiO2的光催化性能。结果表明，所得复合纤维对Pon4R表现出了良好的光催化降解能力。