【文章內(nèi)容簡介】 功能纖維材料中光催化材料的類型、固載方法、固載量 ，提出 最佳的 復(fù)合功能紡織纖維的組成，為可見光下具有抗菌性能的紡織纖維的應(yīng)用和開 發(fā)提供理論基礎(chǔ) 。 擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題： （ 1）納米光催化劑加載于紡織纖維中主要有兩種方法，即原料摻入或織物后整理。前者即在紡絲溶液或聚合物本體中直接摻入光催化劑，通過靜電紡絲、共混紡絲獲得纖維。但由于光催化劑容易被纖維包覆，無法接觸外界，降低了光催化效率。后者是將光催化劑分散于溶膠中，或者利用合成前體，噴涂于紡織纖維上。這種方法簡單、但催化劑不易牢固負(fù)載。因此，采用何種方法合成出 BiMO(M=V, Mo,W)系列光催化劑，如何調(diào)節(jié)光催化劑顆粒的結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)或者改變?nèi)苣z及合成前體的濃度、粘度等性質(zhì)， 將固載于纖維上，使其在纖維中的分布、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷結(jié)構(gòu)、與纖維的協(xié)同作用等最佳化等，發(fā)揮光催化劑高效的光催化活性和抗菌、殺菌性能，是擬解決的主要關(guān)鍵科學(xué)問題。 （ 2）光催化劑若以顆粒較大的粉體狀態(tài)存在，則在紡織纖維中的分散性差；而若以微納米顆粒存在，則顆粒具有較大的比表面積和表面能，容易發(fā)生粒子凝聚、團(tuán)聚、形成二次粒子，在化學(xué)纖維紡絲中加入時，會出現(xiàn)粉體團(tuán)聚、堵塞噴絲頭、紡絲斷頭和磨損織機(jī)等問題，因此， 不管采用原絲改良法還是后整理法 ， 納米 光催化劑 在紡絲液或整理液中的分散均勻程度 ， 是其能否在纖維或紡織品上發(fā)揮 應(yīng)有性能的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。如何選擇分散劑以及利用不同分散劑間的協(xié)同效應(yīng) ， 制備分散性好、團(tuán)聚少的分散液 是合成工藝上擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。 （ 3）光催化劑本身對纖維沒有親和力，難以固著在纖維表面，浸軋后通過物理吸附固著在織物表面，穩(wěn)定性低，織物很容易失去光催化能力；如通過涂層整理，依靠粘合劑固著在織物表面，雖然穩(wěn)定性有所提高，但光催化劑顆粒被粘合劑包覆，不能接觸外界環(huán)境，光催化活性大幅下降，且織物的手感大大降低。因此， 如何對這些成纖高聚物進(jìn)行改性、形成穩(wěn)定均勻的結(jié)合體，使光催化劑的納米粒子與紡織原料（或織物）很好地 復(fù)合， 是擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。 （ 4）將光催化劑摻入到纖維中，或整理到纖維表面，由于直接接觸纖維，光催化劑的強氧化性會直接對纖維材料或者涂層使用的粘合劑進(jìn)行降解，使纖維劣化、強力下降。因此，如何針對光催化劑的類型，選擇適當(dāng)?shù)墓に嚕?對光催化劑進(jìn)行屏蔽改良 ， 避免光催化劑與纖維的直接接觸；或者 對紡織材料進(jìn)行有效的抗光催化氧化預(yù)處理 ； 或采用化學(xué)隔離物方法 ，從而 解決有機(jī)材料劣化問題， 也是本研究擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題 。 四 、預(yù)期目標(biāo) （ 預(yù)期目標(biāo)必須說明項目 期 內(nèi)將完成哪些研究任務(wù)、所要達(dá)到的指標(biāo)、理論上在哪些 方面可能取得何種程度的突破 、 應(yīng)用前景及 對解決 經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展面臨的問題 可能 作出的貢獻(xiàn) ；論文著作發(fā)表情況、知識產(chǎn)權(quán)情況、獲獎情況、獲得其它計劃支持進(jìn)一步研究的可能等；應(yīng)用類研究應(yīng)說明主要技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo) ， 應(yīng)提出具體、明確的可考核的指標(biāo)，避免目標(biāo)空泛。 1000 字以內(nèi)） 研究目標(biāo) : 通過對以上內(nèi)容的詳細(xì)研究，探索在紡織纖維表面合成微納米 BiMO(M=V, Mo,W)系列光催化劑的制備技術(shù)及其形成的科學(xué)規(guī)律；探索既具有高效的 可見光催化性能、又能避免紡織纖維自身老化、劣化的納米催化劑復(fù)合工藝， 獲得具有穩(wěn)定的抗菌 和自清潔紡織纖維的實際應(yīng)用技術(shù)，為復(fù)合功能纖維材料在環(huán)境凈化和紡織品行業(yè)的規(guī)模應(yīng)用提供可靠的科學(xué)和理論支持。 五 、研究方案及技術(shù)路線 （ 研究方案與技術(shù)路線應(yīng) 突出 實現(xiàn)課題預(yù)期目標(biāo)的總體研究思路、工作安排以及技術(shù)路線的創(chuàng)新性、可行性。 1500 字以內(nèi) 。 ） 本項目擬從 BiMO系（ BiVO Bi2MoO6 、 Bi2WO4）復(fù)合紡織纖維的制備 ? 材料的（光）物理（光）化學(xué)性質(zhì)表征 ? 光催化性能和抗菌性能測試為主線，以具高效催化氧化及抗菌性能的紡織纖維材料的合成為主要目標(biāo)進(jìn)行研究?？疾?BiMO系光催化劑 在纖維中的分布、微觀結(jié)構(gòu)與纖維的協(xié)同作用等對光催化性能的影響，探討材料復(fù)合前后的物理化學(xué)性質(zhì)變化，為復(fù)合功能纖維材料在環(huán)境凈化和紡織品行業(yè)的規(guī)模應(yīng)用提供可靠的科學(xué)和理論支持。具體按圖 1的技術(shù)路線進(jìn)行： 研究出最佳的 Bi M O 光催化劑復(fù)合的自清潔紡織纖維材料 確定研究目標(biāo) ( 光催化劑的類型 ) 催化劑類別 , 負(fù)載量與光催化降解性能 污染物的類型 , 濃度 , 溫度 , p H 的影響 確定最佳的光催化劑及其制備工藝 空氣凈化 污水處理 清潔性能 抗菌、自 催化劑類別 , 顆粒大小與光催化性能 光照強度 , 空氣濕度 , 溫度與催化性能 確定適用于 抗菌、自清潔的纖維的條件 作可見光催化劑應(yīng)用 作抗菌、自清潔紡織纖維應(yīng)用 I R , R am an 等研究微觀結(jié)構(gòu) X R D 測試確定結(jié)構(gòu) SE M, T EM觀察形貌 UV V i s 光譜確定帶隙 結(jié)構(gòu)、形貌等的影響 研究擔(dān)載工藝對光催化劑的 采用共混紡絲、靜電紡絲等工藝直接紡絲成纖維，或 將納米光催化劑分 散成溶膠，根據(jù)纖維材料的表面性質(zhì)，采用 接枝和后整理 等工藝將其制備于紡織纖維上；探索避免催化劑與纖維直接接觸 方法。 紡織纖維上 Bi M O 的擔(dān)載 圖 1. 擬進(jìn)行的研究技術(shù)路線 （ 1）復(fù)合紡織纖維的制備 在本研究中，將 BiMO 系（ BiVO Bi2MoO6 、 Bi2WO4）光催化加載到紡織纖維材料中，制備出復(fù)合功能紡織纖維是最關(guān)鍵的步驟。既需要最有效地發(fā)揮光催化劑的催化性能，還要避免紡織纖維本身被氧化導(dǎo)致劣化和老化。因此，本研究擬采用 后整理法和原 絲改良法 兩種工藝路線合成出復(fù)合功能纖維材料。其中 后整理法是指先制備光催化劑或者前體，分散成懸浮液或溶膠 ， 然后對織物進(jìn)行一般的后整理（ 液相沉積、溶膠 凝膠及水熱處理、浸軋或涂層 → 預(yù)烘 → 焙烘 ） 的方法。該法適用的纖維和紡織材料范圍廣泛，本研究中主要選擇后整理法來制備固載化的光催化劑。原絲改良法是指在紡絲過程中 ， 將光催化劑添加到聚合物或原液中 ， 均勻混合后進(jìn)行紡絲 ， 包括共混紡絲、靜電紡絲等。 為了避免光催化劑與紡織纖維直接接觸，將引入硅氧基等保護(hù)基團(tuán) ， 制成具有反應(yīng)性基團(tuán)的納米有機(jī)化合物 ， 并進(jìn)行必要的與纖維基材之間的化 學(xué)隔離 ， 以提高納米 光催化劑與纖維的反應(yīng)性和負(fù)載納米光催化劑的織物的穩(wěn)定性。同時 ， 采用接枝或交聯(lián)方法 ， 進(jìn)一步優(yōu)化納米 光催化劑 在織物上的分散均勻性及其與纖維結(jié)合的堅牢度 ， 使紡織品既獲得耐久性光催化降解性能 , 又不會產(chǎn)生明顯的劣化現(xiàn)象。 （ 2）材料的（光）物理（光）化學(xué)性質(zhì)的表征 對以上在各種條件下制備的復(fù)合材料進(jìn)行原子力顯微鏡（ AFM） 、透射電子顯微鏡（ TEM）、掃描電鏡（ SEM）、化學(xué)成分、與纖維的界面結(jié)合方式以及表面光催化劑顆粒的結(jié)構(gòu)和晶型等分析，以表征光催化劑的光物理、光化學(xué)性質(zhì)，與制備方法進(jìn)行關(guān)聯(lián)，為性能優(yōu)異的復(fù)合功能材料的制備探索的科學(xué)規(guī)律。 （ 3）作為可見光催化劑應(yīng)用的性能研究 以亞甲基藍(lán)作為水中污染物、以甲醛為空氣污染物 ，研究其在復(fù)合光催化材料中的吸附過程、光催化分解狀況等，研究 催化劑類別、負(fù)載量，污染物的類型、濃度、溫度、 pH 等與光催化反應(yīng)性能的關(guān)系，從而確定最佳的光催化劑及其制備工藝。 （ 4）作為抗菌、自清潔的紡織纖維應(yīng)用的性能研究 為考察所開發(fā)的光催化紡織纖維是否具有廣譜抗菌效果 , 本試驗將選擇具有代表性的三種菌種作抗菌性能檢測 ,其中大腸桿菌屬革蘭氏陰性細(xì)菌 ,金黃色葡萄球菌屬革蘭氏陽性細(xì)菌 ,白 色念珠菌為真菌。根據(jù)微生物等知識 ,若被測光催化紡織纖維對這三種細(xì)菌具有很好的抗菌效果 ,則可認(rèn)為該紡織纖維具有廣譜抗菌性。因此， 采用 《織物抗菌性能試驗方法》 FZ/ T0102129， 檢驗光催化紡織纖維對 三種細(xì)菌 作用 24 h 后的菌落減少百分率，來研究紡織纖維的抗菌性能。 六 、年度計劃 ( 年度計劃分研究內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo)分別闡述，研究內(nèi)容要具體說明當(dāng)年需完成的研究任務(wù)；預(yù)期目標(biāo)要說明當(dāng)年所能解決的問題 、 課題研究的進(jìn)展程度 和指標(biāo)、文章、專利等情況 ，對預(yù)期目標(biāo)要有較為具體的描述。 ) 年度 研究內(nèi)容