【文章內容簡介】 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用和開 發(fā)提供理論基礎 。 擬解決的關鍵科學問題： （ 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，如何調節(jié)光催化劑顆粒的結構和表面性質或者改變溶膠及合成前體的濃度、粘度等性質， 將固載于纖維上，使其在纖維中的分布、微觀結構、缺陷結構、與纖維的協同作用等最佳化等，發(fā)揮光催化劑高效的光催化活性和抗菌、殺菌性能，是擬解決的主要關鍵科學問題。 （ 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、團聚、形成二次粒子，在化學纖維紡絲中加入時，會出現粉體團聚、堵塞噴絲頭、紡絲斷頭和磨損織機等問題，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 應有性能的關鍵和基礎。如何選擇分散劑以及利用不同分散劑間的協同效應 ， 制備分散性好、團聚少的分散液 是合成工藝上擬解決的關鍵科學問題。 （ 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行改性、形成穩(wěn)定均勻的結合體，使光催化劑的納米粒子與紡織原料（或織物）很好地 復合， 是擬解決的關鍵科學問題。 （ 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，選擇適當的工藝， 對光催化劑進行屏蔽改良 ， 避免光催化劑與纖維的直接接觸；或者 對紡織材料進行有效的抗光催化氧化預處理 ； 或采用化學隔離物方法 ，從而 解決有機材料劣化問題， 也是本研究擬解決的關鍵科學問題 。 四 、預期目標 （ 預期目標必須說明項目 期 內將完成哪些研究任務、所要達到的指標、理論上在哪些 方面可能取得何種程度的突破 、 應用前景及 對解決 經濟和社會發(fā)展面臨的問題 可能 作出的貢獻 ；論文著作發(fā)表情況、知識產權情況、獲獎情況、獲得其它計劃支持進一步研究的可能等；應用類研究應說明主要技術指標和經濟指標 ， 應提出具體、明確的可考核的指標，避免目標空泛。 1000 字以內） 研究目標 : 通過對以上內容的詳細研究，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及其形成的科學規(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用技術，為復合功能纖維材料在環(huán)境凈化和紡織品行業(yè)的規(guī)模應用提供可靠的科學和理論支持。 五 、研究方案及技術路線 （ 研究方案與技術路線應 突出 實現課題預期目標的總體研究思路、工作安排以及技術路線的創(chuàng)新性、可行性。 1500 字以內 。 ） 本項目擬從 BiMO系（ BiVO Bi2MoO6 、 Bi2WO4）復合紡織纖維的制備 ? 材料的（光）物理（光）化學性質表征 ? 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進行研究?？疾?BiMO系光催化劑 在纖維中的分布、微觀結構與纖維的協同作用等對光催化性能的影響，探討材料復合前后的物理化學性質變化，為復合功能纖維材料在環(huán)境凈化和紡織品行業(yè)的規(guī)模應用提供可靠的科學和理論支持。具體按圖 1的技術路線進行： 研究出最佳的 Bi M O 光催化劑復合的自清潔紡織纖維材料 確定研究目標 ( 光催化劑的類型 ) 催化劑類別 , 負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 作可見光催化劑應用 作抗菌、自清潔紡織纖維應用 I R , R am an 等研究微觀結構 X R D 測試確定結構 SE M, T EM觀察形貌 UV V i s 光譜確定帶隙 結構、形貌等的影響 研究擔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，根據纖維材料的表面性質，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 的擔載 圖 1. 擬進行的研究技術路線 （ 1）復合紡織纖維的制備 在本研究中，將 BiMO 系（ BiVO Bi2MoO6 、 Bi2WO4）光催化加載到紡織纖維材料中，制備出復合功能紡織纖維是最關鍵的步驟。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基團 ， 制成具有反應性基團的納米有機化合物 ， 并進行必要的與纖維基材之間的化 學隔離 ， 以提高納米 光催化劑與纖維的反應性和負載納米光催化劑的織物的穩(wěn)定性。同時 ， 采用接枝或交聯方法 ， 進一步優(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 , 又不會產生明顯的劣化現象。 （ 2）材料的（光）物理（光）化學性質的表征 對以上在各種條件下制備的復合材料進行原子力顯微鏡（ AFM） 、透射電子顯微鏡（ TEM）、掃描電鏡（ SEM）、化學成分、與纖維的界面結合方式以及表面光催化劑顆粒的結構和晶型等分析，以表征光催化劑的光物理、光化學性質，與制備方法進行關聯，為性能優(yōu)異的復合功能材料的制備探索的科學規(guī)律。 （ 3）作為可見光催化劑應用的性能研究 以亞甲基藍作為水中污染物、以甲醛為空氣污染物 ，研究其在復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、負載量，污染物的類型、濃度、溫度、 pH 等與光催化反應性能的關系，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菌 ,金黃色葡萄球菌屬革蘭氏陽性細菌 ,白 色念珠菌為真菌。根據微生物等知識 ,若被測光催化紡織纖維對這三種細菌具有很好的抗菌效果 ,則可認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 ( 年度計劃分研究內容和預期目標分別闡述，研究內容要具體說明當年需完成的研究任務；預期目標要說明當年所能解決的問題 、 課題研究的進展程度 和指標、文章、專利等情況 ，對預期目標要有較為具體的描述。 ) 年度 研究內容