納米TiO2水溶膠的工業(yè)化低溫制備及其催化性能

王 鵬，董永春，申佳錕，王宗乾，楊海偉

(1.安徽工程大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，安徽 蕪湖 241000；2.安徽省紡織工程技術(shù)研究中心，安徽 蕪湖 241000；3.天津工業(yè)大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300387)

近年來，納米TiO2粒子以其優(yōu)異的光催化性能、高化學(xué)穩(wěn)定性和低毒性成為人們研究的熱點(diǎn)[1]。通常，納米TiO2需要通過高溫煅燒手段來獲得，工藝復(fù)雜且耗能高，同時(shí)限制了其在耐熱性差的材料表面固定化，尤其限制其在紡織品和塑料方面的應(yīng)用[2]。因此，在低溫條件下制備納米TiO2水溶膠多功能整理劑是十分有必要的，而且具有能耗低、設(shè)備簡單和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

納米TiO2水溶膠可以在低溫條件下以鈦酸丁酯或四異丙醇鈦?zhàn)鳛榍膀?qū)體通過酸水解的方法進(jìn)行合成，且在此合成過程中無須添加其他分散劑[3]。陳化或回流處理是將納米TiO2粒子從非晶態(tài)轉(zhuǎn)移為晶態(tài)銳鈦礦相的一種重要技術(shù)手段，一般在室溫或所使用溶劑的沸點(diǎn)以下進(jìn)行[4]。然而近期的研究表明，用于在織物表面制備薄膜的納米TiO2水溶膠僅僅為實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的粗產(chǎn)品，沒有經(jīng)過進(jìn)一步的工業(yè)化改進(jìn)[2]。在合成納米TiO2水溶膠時(shí)需要添加鹽酸、硝酸等強(qiáng)無機(jī)酸以保持納米TiO2水溶膠的穩(wěn)定性，這對載體纖維有一定的破壞性，尤其是在高溫條件下對纖維素纖維的破壞性更強(qiáng)[5]，這限制了其在紡織行業(yè)中的應(yīng)用。此外，如果納米TiO2水溶膠在織物表面的負(fù)載工藝參數(shù)沒有被系統(tǒng)優(yōu)化，會影響負(fù)載至纖維表面納米TiO2薄膜的光催化活性，進(jìn)一步限制了其商業(yè)應(yīng)用。

本研究使用鈦酸丁酯作為前驅(qū)體制備納米TiO2水溶膠，研究體系的pH值和蒸餾水添加量對水溶膠穩(wěn)定性及光催化活性的影響，分別對納米TiO2水溶膠進(jìn)行透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)和X射線衍射(XRD)分析測試，重點(diǎn)考察納米TiO2粒子的尺寸和晶相結(jié)構(gòu)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

本研究所使用的織物為經(jīng)過前處理的純棉機(jī)織物(面質(zhì)量為206.4 g/m2)。

試劑：鈦酸丁酯(Ti(OBu)4)、無水乙醇(C2H5OH)、乙酸等均為分析純，購于天津市科密歐試劑有限公司；皂粉由中國紡織科學(xué)研究院提供；本實(shí)驗(yàn)所用有機(jī)染料為商品化的偶氮染料酸性紅88(簡稱AR 88)，使用前無須進(jìn)一步純化，其分子結(jié)構(gòu)式如圖1所示。

圖1 AR 88的分子結(jié)構(gòu)式Fig.1 Molecular structure of AR 88

儀器：H7650型透射電子顯微鏡，日本日立高新技術(shù)有限公司；723型可見分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；水冷式光化學(xué)反應(yīng)器，實(shí)用新型專利號03275610.0；納米粒度分析儀，美國Beckman Coulter公司；Varian Cary 500型紫外-可見-近紅外分光光度儀(DRS)，美國Thermo公司；VISTA-MPX型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，美國Varian公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1納米TiO2水溶膠的制備與評價(jià)方法

首先在室溫條件下將Ti(OBu)4與C2H5OH混合并攪拌1 h形成Ti(OBu)4-乙醇混合溶液，同時(shí)在蒸餾水中加入乙酸以獲得所需pH值的乙酸水溶液；然后在3 h內(nèi)將Ti(OBu)4-乙醇混合溶液逐滴加入上述乙酸水溶液中，形成乳白色水分散液；隨后將得到的水分散液密封靜置陳化約5 d后形成微黃色半透明水溶膠；最后對得到的水溶膠減壓蒸餾，并最終得到納米TiO2水溶膠(TiO2sol)。此外，在中試生產(chǎn)過程中，分別選定納米TiO2水溶膠的pH值、500 nm波長處的吸光度A500、固含量η及90 min內(nèi)AR 88的脫色率D90等主要指標(biāo)作為質(zhì)量控制參數(shù)，構(gòu)成較為全面的質(zhì)量評價(jià)體系。其中：使用pH計(jì)測得水溶膠的pH值；運(yùn)用可見分光光度計(jì)在500 nm波長處測定水溶膠的吸光度(A500值越低則表示水溶膠的穩(wěn)定性越好)，用于快速評價(jià)納米TiO2水溶膠的穩(wěn)定性；稱取一定質(zhì)量(m0，g)的水溶膠，在105 ℃條件下烘干10 h后稱其質(zhì)量(m1，g)，得到水溶膠的固含量(η=m1/m0×100%)；添加10 mL納米TiO2水溶膠于100 mL濃度為0.05 mmol/L的AR 88染料水溶液中并使其在光輻射條件下發(fā)生氧化反應(yīng)，在氧化反應(yīng)進(jìn)行90 min時(shí)測得染料的脫色率D90，評估其光催化活性。

1.2.2納米TiO2水溶膠對棉織物的整理方法

將棉織物置于含有碳酸鈉(質(zhì)量濃度2.0 g/L)和皂粉(質(zhì)量濃度2.0 g/L)的水溶液中煮沸處理20 min，使用冷水徹底洗凈后晾干備用。將經(jīng)過預(yù)處理的棉織物置于不同含量納米TiO2水溶膠中浸漬5～10 min，使用均勻軋車對浸漬后的棉織物進(jìn)行兩浸兩軋?zhí)幚硪猿ザ嘤嘟n液，來保持其在纖維表面的均勻一致，軋液率為(75±1)%。在80 ℃條件下對上述棉織物烘干4 min，然后在130 ℃高溫下焙烘1.5 min，得到納米TiO2負(fù)載棉織物，并根據(jù)文獻(xiàn)[2]測定納米TiO2在棉織物表面的負(fù)載量。

1.2.3納米TiO2負(fù)載棉織物的光催化活性評估

首先使用蒸餾水配制100 mL濃度為0.05 mmol/L的AR 88染料水溶液，并調(diào)節(jié)其pH值至6.0。隨后將0.5 g納米TiO2負(fù)載棉織物剪成1 cm×1 cm的尺寸后放入上述染料水溶液中，置于室溫和暗態(tài)條件下光反應(yīng)器中2 h，待吸附平衡后打開光源進(jìn)行染料的光催化氧化降解反應(yīng)。光源為400 W的高壓汞燈，紫外光(波長365 nm)輻射強(qiáng)度為0.953 mW/cm2，可見光(波長400～1 000 nm)輻射強(qiáng)度為9.65 mW/cm2。反應(yīng)開始后，每隔一定時(shí)間在染料的最大吸收波長(λ=505 nm)處測定其吸光度值，并根據(jù)文獻(xiàn)[2]所述方法計(jì)算反應(yīng)過程中染料的脫色率D。

1.3 結(jié)構(gòu)表征與性能測試

TEM：工作電壓為100 kV。XRD：采用CuKα射線為輻射源，管電流為100 mA，管電壓為40 kV，波長為0.154 nm，掃描范圍為5°～80°，掃描速度為2°/min。SEM：工作電壓為15 kV。DRS：以BaSO4為參比，掃描范圍為200～800 nm。

2 結(jié)果與討論

2.1 納米TiO2水溶膠的優(yōu)化制備

2.1.1Ti(OBu)4與蒸餾水的摩爾比

為了考察Ti(OBu)4與蒸餾水的摩爾比對納米TiO2水溶膠性能的影響，保持Ti(OBu)4、C5H5OH和乙酸的摩爾比為1∶7.5∶0.3，改變Ti(OBu)4與蒸餾水的摩爾比NBW，測定所得水溶膠的pH值、固含量η及500 nm波長處的吸光度A500，見表1。

表1 NBW對納米TiO2水溶膠主要質(zhì)量控制參數(shù)的影響Tab.1 Effect of NBW on main quality control parameters of nano TiO2 sol

從表1可以看出，隨著蒸餾水用量的增大，反應(yīng)體系的pH值逐漸升高，η與A500逐漸降低。這表明蒸餾水用量的增加會導(dǎo)致水溶膠中納米TiO2濃度降低，但使得水溶膠的穩(wěn)定性更好、透明度更高。這主要是因?yàn)楫?dāng)蒸餾水用量較低時(shí)，Ti(OBu)4分子發(fā)生不完全水解從而難以生成納米TiO2無機(jī)粒子，易生成大尺寸且不均勻的結(jié)晶顆粒和少量大分子有機(jī)物，進(jìn)而形成部分凝膠，出現(xiàn)分層現(xiàn)象[6]。此外，水解反應(yīng)過程中所生成的少量有機(jī)物在一定條件下能夠與水溶液中的乙酸發(fā)生反應(yīng)而形成體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其體系出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象而不易生成透明水溶膠[7]。pH值的降低導(dǎo)致水溶液中H+濃度過高，使得Ti(OBu)4的水解和縮聚被抑制得十分緩慢，膠粒雙電層被壓縮，擴(kuò)散層厚度進(jìn)一步減少，導(dǎo)致更多的膠粒發(fā)生碰撞和聚集，最終使得溶膠渾濁并產(chǎn)生沉淀。然而隨著蒸餾水用量的升高，水溶液中的H+濃度降低，Ti(OBu)4分子水解反應(yīng)完全，生成無機(jī)產(chǎn)物，這些無機(jī)產(chǎn)物相互碰撞、聚集、長大、沉淀的概率降低，水溶膠分層現(xiàn)象消失，逐漸形成穩(wěn)定透明的納米TiO2水溶膠[7]。值得注意的是，當(dāng)NBW從1∶160變化為1∶200時(shí)，其水溶膠的A500基本保持不變，固含量逐漸降低。這意味著繼續(xù)增大蒸餾水添加量不僅對納米TiO2水溶膠的穩(wěn)定性沒有顯著作用，而且還會增加中試生產(chǎn)過程中的運(yùn)輸成本，故最佳的NBW為1∶160。

2.1.2Ti(OBu)4與乙酸的摩爾比

在制備納米TiO2水溶膠的過程中，酸催化劑作為抑制劑和膠溶劑能夠起到延緩Ti(OBu)4水解和解膠的作用[8-11]。為了考察體系的pH值對納米TiO2水溶膠性能的影響，要保持Ti(OBu)4、C5H5OH和蒸餾水的摩爾比為1∶7.5∶160，改變Ti(OBu)4與乙酸的摩爾比NBH，測定所得水溶膠的pH值、固含量η及波長500 nm處的吸光度A500，見表2。

表2 NBH對納米TiO2水溶膠主要質(zhì)量控制參數(shù)的影響Tab.2 Effect of NBH on main quality control parameters of nano TiO2 sol

從表2可以看出，隨著乙酸用量的增大，反應(yīng)體系的pH值逐漸降低，其η值基本沒有變化。值得注意的是，隨著乙酸用量的增大，納米TiO2水溶膠的A500出現(xiàn)逐漸降低的趨勢，這說明乙酸用量越大，水溶膠中納米TiO2膠束尺寸越小，納米TiO2粒子在溶液中的穩(wěn)定性更好。這主要是因?yàn)轶w系中乙酸的用量較小(即pH值較高)時(shí)，體系中H+的濃度較低，膠粒表面帶電量低，擴(kuò)散層較窄，相互間排斥力小，膠粒在液相中碰撞并聚集而形成渾濁或沉淀的機(jī)會增多，使得吸光度較高[7]。當(dāng)pH值降低時(shí)，體系中H+的濃度增加，膠粒表面帶電量增加，雙電層的擴(kuò)散層增厚，膠粒間排斥力增大。當(dāng)斥力大于粒子間的引力時(shí)，聚集的粒子分散成小粒子，形成均勻透明的溶膠[7]。重要的是，當(dāng)NBH大于1∶0.3時(shí)，納米TiO2水溶膠的A500出現(xiàn)逐漸升高的趨勢，這意味著在NBH為1∶0.3時(shí)納米TiO2水溶膠的穩(wěn)定性最好，繼續(xù)增大乙酸用量會使水溶膠的穩(wěn)定性降低。其主要原因是當(dāng)加入的乙酸過多時(shí)，反應(yīng)體系中Ti(OBu)4的水解和縮聚會被抑制得十分緩慢，膠粒雙電層被壓縮，擴(kuò)散層厚度進(jìn)一步降低，導(dǎo)致更多的膠粒發(fā)生碰撞和聚集，最終使得溶膠渾濁并產(chǎn)生沉淀，這就導(dǎo)致了體系中過低的pH值會降低體系的穩(wěn)定性[7]。因此，NBH為1∶0.3時(shí)所制得的納米TiO2水溶膠穩(wěn)定性最佳。

2.2 納米TiO2水溶膠的粒徑分析

為了考察減壓蒸餾前后納米TiO2粒子形態(tài)的變化，使用透射電子顯微鏡和納米粒度分析儀對納米TiO2水溶膠進(jìn)行觀察，結(jié)果如圖2所示。

圖2 蒸餾前后納米TiO2水溶膠的TEM圖像和粒徑分布Fig.2 TEM images and volume distribution of the produced nano TiO2 sol before and after distillation

圖2顯示，減壓蒸餾前后的TEM圖像中可以觀察到橢圓納米TiO2顆粒，且其在短軸方向的平均粒徑分別為15～20 nm和15～17 nm，長軸方向的平均粒徑分別為35～40 nm和30～35 nm。值得說明的是，減壓蒸餾后TEM圖像中能夠觀察到大量納米TiO2粒子，這意味著通過蒸餾的方法能夠顯著提高納米TiO2水溶膠的固含量，而對其粒徑大小沒有顯著影響。此外，使用納米粒度分析儀對蒸餾前后納米TiO2的粒徑進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn)，蒸餾前后納米TiO2水溶膠的平均直徑分別約為38.1 nm和34.8 nm，與上述TEM所觀察到的納米TiO2粒子尺寸結(jié)果基本吻合。此結(jié)論與Su等[12]和Wong等[13]的研究結(jié)果類似。此外可以看出，納米TiO2的粒徑分布較為均一，無其他明顯的雜質(zhì)成分，基本符合商業(yè)化的工業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 XRD分析

為了比較納米TiO2水溶膠與商品化Degussa P25型TiO2晶體結(jié)構(gòu)之間的差異，首先將納米TiO2水溶膠于120 ℃下烘干10 h，然后將其研磨得到納米TiO2粉體，最后對納米TiO2粉體和P25型TiO2進(jìn)行XRD測試分析，比較兩種納米TiO2的晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)果如圖3所示。

圖3 納米TiO2水溶膠烘干粉體和P25型TiO2的XRD譜圖Fig.3 XRD patterns of solid powder extracted from nano TiO2 sol and P25

圖3顯示，兩種納米TiO2樣品在25.4°、38.0°、48.2°、54.3°和64.5°處均出現(xiàn)了較強(qiáng)的特征峰，這與粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會數(shù)據(jù)庫中報(bào)道的銳鈦礦相的特征峰相吻合[14-15]。這意味著兩種納米TiO2粒子的晶形結(jié)構(gòu)均以銳鈦礦型為主。值得注意的是，在P25型TiO2的譜線中，27.5°、36.0°、41.79°和57.31°處出現(xiàn)了弱特征吸收峰對應(yīng)金紅石相的結(jié)晶方式，而在納米TiO2水溶膠的XRD譜線中沒有發(fā)現(xiàn)代表金紅石相(27.7°)或者板鈦礦相(31.1°)的特征衍射峰。此外，根據(jù)兩種納米TiO2的XRD譜線中[101]晶面衍射峰，能夠使用Scherrer公式[16]計(jì)算求得納米TiO2水溶膠和P25型TiO2的晶粒尺寸分別為4.71 nm和22.1 nm，說明納米TiO2水溶膠具有比P25型TiO2更小的銳鈦礦型納米TiO2晶體。值得說明的是，由此計(jì)算得到的納米TiO2水溶膠的平均晶粒尺寸明顯低于由TEM或納米粒度分析儀所觀察和測量得到的粒子尺寸(30～35 nm)，這主要是由在水相介質(zhì)中形成含有多個(gè)納米TiO2微晶的聚集體所致[13,17]。

2.4 納米TiO2負(fù)載棉織物的SEM分析

為了觀察納米TiO2負(fù)載前后棉織物表面形態(tài)變化及分布狀態(tài)，使用納米TiO2水溶膠對棉織物進(jìn)行整理，得到納米TiO2負(fù)載棉織物。使用掃描電鏡對織物表面進(jìn)行觀察分析，得到的SEM圖見圖4。

圖4 棉纖維和納米TiO2負(fù)載棉織物的SEM圖Fig.4 SEM images of original cotton fiber and finished cotton fabrics with nano TiO2 sol

由圖4可以發(fā)現(xiàn)，空白棉纖維表面存在較淺的褶皺，納米TiO2水溶膠整理后的棉纖維表面變得略微粗糙，且覆蓋有大量分布較為均勻的顆粒狀物質(zhì)。這表明所制備的工業(yè)化納米TiO2水溶膠能夠作為環(huán)境凈化整理劑對棉織物進(jìn)行整理。

2.5 納米TiO2負(fù)載棉織物的DRS分析

調(diào)控納米TiO2水溶膠對棉織物的整理次數(shù)，得到不同負(fù)載量的納米TiO2負(fù)載棉織物，對其進(jìn)行紫外可見漫反射光譜(DRS)測試，結(jié)果見圖5。

圖5 納米TiO2負(fù)載棉織物的DRS譜圖Fig.5 UV-Vis DRS spectra of nano TiO2sol finished cotton fabrics

由圖5可知，空白棉織物的DRS譜圖僅在波長為200～300 nm時(shí)有微弱的吸收峰，這主要是由棉纖維結(jié)構(gòu)中的π→π*躍遷所導(dǎo)致的。經(jīng)過納米TiO2水溶膠整理后，棉織物在紫外光和可見光區(qū)域的吸收強(qiáng)度均有所增強(qiáng)，且負(fù)載量的增加可以促進(jìn)其對光的吸收性能。這意味著所得納米TiO2水溶膠具有紫外光和可見光區(qū)的寬光譜響應(yīng)性質(zhì)，為其作為太陽光驅(qū)動(dòng)型催化劑奠定了理論基礎(chǔ)，也為其工業(yè)化應(yīng)用的低成本運(yùn)行提供了必要條件。

2.6 納米TiO2負(fù)載棉織物的催化性能

為了考察納米TiO2負(fù)載棉織物的光催化性能，首先使用不同NBW和NBH制備的納米TiO2水溶膠對棉織物進(jìn)行整理，使其表面納米TiO2的負(fù)載量約為47 mg/g，然后在光輻射條件下將其應(yīng)用于AR 88的氧化反應(yīng)中，并測定脫色率D和反應(yīng)速率常數(shù)k的變化，結(jié)果如圖6所示。

圖6 納米TiO2負(fù)載棉織物的光催化活性Fig.6 Photocatalytic activity of nano TiO2 hydrosol finishing cotton fabric

從圖6可以看出，空白棉織物存在時(shí)，染料脫色率隨反應(yīng)時(shí)間沒有顯著增加，90 min時(shí)其脫色率約為1.47%，這說明棉織物對染料沒有脫色作用。值得注意的是，當(dāng)納米TiO2負(fù)載棉織物存在時(shí)，染料的脫色率隨著反應(yīng)時(shí)間的延長而顯著增加，這意味著納米TiO2對染料具有氧化脫色作用。這是因?yàn)楫?dāng)大于或者等于納米TiO2帶隙能量的光子照射在其粒子表面時(shí)，價(jià)帶中的電子受激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶生成具有很強(qiáng)還原能力的光生電子(e-)，與此同時(shí)在價(jià)帶留下相應(yīng)數(shù)量具有很強(qiáng)氧化能力的光生空穴(h+)。這些空穴可以奪取吸附在納米TiO2表面的水分子或者氧分子中的電子，生成具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基(·OH)或超氧自由基(O2-·)。這些自由基能夠破壞水溶液中有機(jī)染料的分子結(jié)構(gòu)，使得染料分子結(jié)構(gòu)中的共軛體系斷裂，發(fā)色體、助色團(tuán)等遭到破壞，導(dǎo)致水中的染料分子發(fā)生氧化反應(yīng)，并最終將其礦化為CO2和H2O。此外不難發(fā)現(xiàn)，相同反應(yīng)時(shí)間內(nèi)納米TiO2負(fù)載棉織物對染料的脫色率隨著NBW的增大表現(xiàn)出增大趨勢，這證明納米TiO2水溶膠隨著NBW的增大其光催化活性不斷提高。這一方面是因?yàn)殡S著NBW的增大，納米TiO2水溶膠的粒徑更小且在體系中的分散度更高[7]，從而使得納米TiO2粒子在纖維表面成膜的表面積更大，染料的降解速率也更快；另一方面，當(dāng)體系中NBW較大時(shí)，Ti(OBu)4充分水解，形成類似于Ti(OH)x(4-x)+結(jié)構(gòu)的無機(jī)產(chǎn)物，不能形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于晶核成長，無機(jī)物自發(fā)結(jié)晶，結(jié)晶量和結(jié)晶度均隨著NBW的提高而升高，故納米TiO2的光催化活性隨著NBW的增大而提高。圖6顯示，光催化氧化降解反應(yīng)的k值隨著NBW的增大而逐漸升高，這意味著NBW的增大能夠顯著提高納米TiO2對AR 88的氧化降解反應(yīng)速率，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。

由圖6還可知，當(dāng)使用不同NBH制備的納米TiO2負(fù)載棉織物存在時(shí)，染料脫色率隨著反應(yīng)時(shí)間的增加明顯提高，且k值隨著乙酸用量的增加而逐漸變小。這是因?yàn)門i(OBu)4遇水極易水解，將乙酸作為反應(yīng)中的抑制劑可有效延緩水解反應(yīng)，控制水解反應(yīng)速率，使得納米TiO2粒子緩慢生成，晶核緩慢生長，最終生成具有光催化性能的納米TiO2粒子。值得注意的是，相同反應(yīng)時(shí)間內(nèi)納米TiO2負(fù)載棉織物對染料的脫色率隨著NBH的增加表現(xiàn)出降低趨勢，這表明降低反應(yīng)體系的pH值對納米TiO2的光催化氧化性能有抑制作用。這可能是由于反應(yīng)體系中H+對溶膠的穩(wěn)定性、結(jié)晶度和生成納米TiO2粒子的尺寸影響較大[7]。當(dāng)反應(yīng)體系中H+濃度過高時(shí)，納米TiO2水溶膠體系中的膠粒雙電層被壓縮，擴(kuò)散層厚度降低，導(dǎo)致更多的膠粒發(fā)生碰撞和聚集，納米TiO2粒徑增大，比表面積和結(jié)晶度降低，故光催化活性降低。

表3 納米TiO2水溶膠的主要物化質(zhì)量參數(shù)Tab.3 Quality parameters of nano TiO2 sol prepared and used in this research

綜上所述，在制備納米TiO2水溶膠的過程中蒸餾水和乙酸添加量對其光催化性能、固含量、穩(wěn)定性及pH值等均有顯著影響，蒸餾工藝對納米TiO2的粒徑尺寸沒有顯著影響，而保證這些質(zhì)量因素的穩(wěn)定及不同生產(chǎn)批次的一致性是中試生產(chǎn)的前提條件。因此，為保證所得納米TiO2水溶膠具有良好的綜合性能，設(shè)定中試生產(chǎn)納米TiO2水溶膠時(shí)Ti(OBu)4、蒸餾水、C2H5OH、乙酸的摩爾比為1∶160∶7.5∶0.3，此時(shí)所得納米TiO2水溶膠的主要物化質(zhì)量參數(shù)指標(biāo)如表3所示。

3 結(jié)論

(1)適當(dāng)增加蒸餾水添加量或減少乙酸用量能夠顯著提高納米TiO2水溶膠的穩(wěn)定性和光催化活性，制備納米TiO2水溶膠時(shí)Ti(OBu)4、蒸餾水、C2H5OH、乙酸的最佳摩爾比為1∶160∶7.5∶0.3。

(2)蒸餾工藝對納米TiO2的粒徑尺寸沒有顯著影響，所制得納米TiO2粒子的粒徑分布較為均一，其在短軸方向的平均粒徑為15～17 nm，長軸方向的平均粒徑為30～35 nm。

(3)棉織物被納米TiO2負(fù)載后，表面變得略微粗糙，覆蓋有大量分布較為均勻的顆粒狀物質(zhì)，且具有優(yōu)異的光催化氧化降解性能，為其工業(yè)化應(yīng)用的低成本運(yùn)行提供了必要條件。