NMOE申请正文_壳聚糖-稀土元素掺杂TiO2复合材料的制备及抑菌性的研究[1]
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《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》范文
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》篇一一、引言随着科技的不断进步和人类对环保问题的日益关注，光催化技术作为新兴的绿色技术领域受到了广泛的关注。
纳米TiO2复合材料作为一种高效的光催化剂，具有广泛的应用前景。
本文旨在研究纳米TiO2复合材料的制备方法及其光催化性能，为实际应用提供理论依据。
二、文献综述纳米TiO2复合材料因其独特的物理和化学性质，在光催化领域具有广泛的应用。
其制备方法、性能及应用已成为研究热点。
目前，制备纳米TiO2复合材料的方法主要包括溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。
其中，溶胶-凝胶法因其操作简便、制备条件温和等优点备受关注。
而光催化性能的研究主要关注其对有机污染物的降解、抗菌性能及自清洁等方面的应用。
三、实验方法（一）实验材料实验中所需材料主要包括TiO2纳米粉体、表面活性剂、溶剂等。
所有材料均需符合实验要求，保证实验结果的准确性。
（二）制备方法本文采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2复合材料。
具体步骤包括：将TiO2纳米粉体与表面活性剂混合，加入溶剂进行搅拌，形成溶胶；然后进行凝胶化处理，得到凝胶；最后进行热处理，得到纳米TiO2复合材料。
（三）性能测试本实验通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对制备的纳米TiO2复合材料进行表征。
同时，通过光催化实验测试其光催化性能，以降解有机污染物为评价指标。
四、实验结果与分析（一）表征结果通过XRD、SEM和TEM等手段对制备的纳米TiO2复合材料进行表征。
结果表明，制备的纳米TiO2复合材料具有较高的结晶度和良好的分散性。
（二）光催化性能测试结果以降解有机污染物为评价指标，对制备的纳米TiO2复合材料进行光催化性能测试。
结果表明，该材料具有优异的光催化性能，能够有效降解有机污染物。
此外，我们还研究了不同制备条件对光催化性能的影响，为优化制备工艺提供依据。
五、讨论本实验研究了纳米TiO2复合材料的制备方法及其光催化性能。
《多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料制备及其作用机制的研究》范文
《多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料制备及其作用机制的研究》篇一一、引言随着科技的进步与人们对生活品质要求的提高，防污抗菌材料成为了当今材料科学研究领域中的热门话题。
作为重要的防污抗菌材料之一，TiO2纳米材料因其在光照下能够催化产生具有强氧化还原性的自由基，在自清洁、抗菌及光催化等领域得到了广泛的应用。
本文着重研究了多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料的制备工艺及其作用机制，为进一步开发高性能的防污抗菌材料提供理论依据。
二、多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料的制备1. 材料选择与掺杂元素设计TiO2作为主体材料，我们选择了具有高活性的锐钛矿型。
同时，为了提升其性能，我们选择了多种元素进行掺杂，如氮（N）、碳（C）、铁（Fe）等。
这些元素的掺杂能够改变TiO2的电子结构，从而提高其光催化活性及防污抗菌性能。
2. 制备工艺采用溶胶-凝胶法结合高温煅烧工艺进行制备。
首先，将选定的掺杂元素与TiO2前驱体混合，形成均匀的溶胶。
然后，通过控制温度和湿度等条件，使溶胶凝胶化。
最后，在高温下进行煅烧，得到多元素掺杂的TiO2纳米材料。
三、多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料的作用机制1. 光催化机制多元素掺杂的TiO2纳米材料在光照下，能够吸收光能并激发出电子-空穴对。
这些电子和空穴能够与吸附在材料表面的氧气和水反应，生成具有强氧化性的羟基自由基（·OH）和超氧自由基（·O2-），这些自由基具有强大的氧化能力，能够将有机物和细菌分解为无害的成分。
2. 防污机制由于TiO2纳米材料具有优异的光催化性能，能够有效地分解吸附在表面的污渍和油脂。
同时，其表面具有亲水性，能够有效地防止水滴和油滴的附着，从而达到防污的效果。
3. 抗菌机制多元素掺杂的TiO2纳米材料对细菌具有强烈的杀灭作用。
一方面，其光催化产生的自由基能够破坏细菌的细胞膜和细胞内的重要结构，导致细菌死亡。
另一方面，其表面具有微小的凹槽和凸起，可以破坏细菌的生物膜结构，进一步增强其抗菌效果。
稀土元素掺杂对纳米TiO2光催化活性的研究
因此 ， 对Ｔ ｉ Ｏ 进 行 改 性 日益 受 到 人 们 的关 注 。稀 土 金 属 掺杂 是 Ｔ ｉ Ｏ 获得 更 好 的催 化 活性 的 一 个 重 要 途 径 。为 了提 高 其 光 催 化 活 性 和对 可 见 光 的 利 用 率， 许 多研 究 者 对 其 进 行 掺 杂 。采 用 溶 胶 一凝 胶 法 制备 了四种稀 土离 子 Ｓ ｍ¨ 、 Ｅ ｕ ¨、 Ｌ ａ ¨、 Ｃ ｅ ¨不
溶 胶 一凝胶 法广 泛应 用 于金属 氧化 物纳 米粒 子
的制备 。前驱物用金属醇盐或非醇盐均可。方法实
质 是前 驱物 在一 定条 件下 水解 成溶 胶 ， 再制成 凝 胶 ， 经 干燥 纳米 材料 热处 理后 制得 所需 纳米 粒子 。溶 胶
一
凝胶 法 可 以 大 大 降 低 合 成 温 度 。用 无 机 盐 作 原 先 将适 量 的 ０ ． １ Ｍ 稀 土硝 酸盐溶 液 ， 加入 到 ５—
２ ０ １ ３年 ９月 ２ ７卷 第 ３期
阴 山 学 刊
ＹＩ ＮＳ ＨＡＮ ＡＣ ＡＤＥ ＭＩ Ｃ Ｊ ＯＵＲ ＮＡＬ
Ｓ ｅ ｐ ． ２ ０ １ ３
Ｖ０ １ ． ２ ７ Ｎｏ ． ３
稀 土元 素掺 杂对 纳 米 Ｔ ｉ Ｏ ２光 催 化 活 性 的研 究
．
刘 丽 静 ， 胡 艳 宏
果。Ｅ ｕ 稀土掺杂纳米二氧化钛在 浓度 ０ ． ０ ５ ％ Ｅ ｕ ”／ Ｔ ｉ Ｏ 光催化 性 能最好 ； Ｌ ａ ３ 稀 土掺杂 纳米二 氧化钛 浓 度０ ． ５ ％ Ｌ ａ ”／ Ｔ ｉ Ｏ ２光催 化性能最好 ； Ｓ ｎ ｉ ” 稀土掺 杂 纳米二氧 化钛浓 度 ０ ． Ｉ ％ Ｓ ｍ ”／ Ｔ ｉ Ｏ 光催 化性 能最好 ； Ｃ ｅ ” 稀土掺杂纳米二氧化钛 浓度 ０ ． ５ ％ Ｃ ｅ “／ Ｔ ｉ Ｏ ， 光催化性 能最好 。 关键 词 ： 光催化 剂； 稀土掺杂 ； 降解 ； 形成机 理 中图分类号 ： ０ ６ ４ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ４—１ ８ ６ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３—０ ０ １ ５— ０ ５
溶 胶 一凝胶 法广 泛应 用 于金属 氧化 物纳 米粒 子
的制备 。前驱物用金属醇盐或非醇盐均可。方法实
质 是前 驱物 在一 定条 件下 水解 成溶 胶 ， 再制成 凝 胶 ， 经 干燥 纳米 材料 热处 理后 制得 所需 纳米 粒子 。溶 胶
一
凝胶 法 可 以 大 大 降 低 合 成 温 度 。用 无 机 盐 作 原 先 将适 量 的 ０ ． １ Ｍ 稀 土硝 酸盐溶 液 ， 加入 到 ５—
２ ０ １ ３年 ９月 ２ ７卷 第 ３期
阴 山 学 刊
ＹＩ ＮＳ ＨＡＮ ＡＣ ＡＤＥ ＭＩ Ｃ Ｊ ＯＵＲ ＮＡＬ
Ｓ ｅ ｐ ． ２ ０ １ ３
Ｖ０ １ ． ２ ７ Ｎｏ ． ３
稀 土元 素掺 杂对 纳 米 Ｔ ｉ Ｏ ２光 催 化 活 性 的研 究
．
刘 丽 静 ， 胡 艳 宏
果。Ｅ ｕ 稀土掺杂纳米二氧化钛在 浓度 ０ ． ０ ５ ％ Ｅ ｕ ”／ Ｔ ｉ Ｏ 光催化 性 能最好 ； Ｌ ａ ３ 稀 土掺杂 纳米二 氧化钛 浓 度０ ． ５ ％ Ｌ ａ ”／ Ｔ ｉ Ｏ ２光催 化性能最好 ； Ｓ ｎ ｉ ” 稀土掺 杂 纳米二氧 化钛浓 度 ０ ． Ｉ ％ Ｓ ｍ ”／ Ｔ ｉ Ｏ 光催 化性 能最好 ； Ｃ ｅ ” 稀土掺杂纳米二氧化钛 浓度 ０ ． ５ ％ Ｃ ｅ “／ Ｔ ｉ Ｏ ， 光催化性 能最好 。 关键 词 ： 光催化 剂； 稀土掺杂 ； 降解 ； 形成机 理 中图分类号 ： ０ ６ ４ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ４—１ ８ ６ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３—０ ０ １ ５— ０ ５
稀土元素(镧、铈)掺杂tio2复合材料的制备及其光催化性和抑菌性的研究
Vol. 49 No. 1January ,2020第49卷第1期2020年1月人工晶体学报JOURNAL 0F SYNTHETIC CRYSTALS 稀土元素(爾、肺)掺杂Ti()2复合材料的制备及其光催化性和抑菌性的研究陈霞，陆改玲，计晶晶，赵石磊，周淒(内蒙古科技大学包头医学院，包头014060)摘要:以钛酸丁酯(C 16H 36O 4 Ti)、蒸憎水、无水乙醇、冰乙酸、氧化镯(La 2O 3)和氧化W(CeO 2)为原料，采用溶胶-凝胶 法制备了纳米TiO 2和稀土元素掺杂的TiO 2复合材料。
利用X 射线衍射仪、扫描电子显微镜、ICP-OES 等离子体发射 光谱元素分析、紫外-可见光谱仪和培养基扩散法对样品进行了表征和性能研究。
实验结果表明:本实验成功制备了 锐钛矿晶型的Ti 。
？粉末和钢掺杂的二氧化钛粉末(La/Ti()2),因氧化鋪微溶于酸,没有溶解到溶液中,Ce 基本没有掺 入到二氧化钛中，所制备的粉末主要是锐钛矿型二氧化钛和氧化钵的混合物，对Ti 。
？的性能基本没有影响。
La/TiO 2 粉末中La 元素的含量为& 24%，在300 min 内La/TiO 2光催化罗丹明B 溶液的脱色率提高达到91.2%，对金黄色葡 萄球菌有良好的抑制作用。
关键词:掺杂(La , Ce )的TiO 2复合材料;La/TiO 2 ;溶胶-凝胶法;光催化性;抑菌性中图分类号:TQ134.1 + 1 文献标识码:A 文章编号:1000-985X( 2020) 01 -0062-05Photocatalytic and Antibacterial Activity of Rare Earth Element(La, Ce) Doped TiO 2 CompositeCHEN Xia, LU Gailing, JI Jingjing, ZHAO Shilei, ZHOU Yun(Baotou Medical College , Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014060, China)Abstract :Using C 16H 3604Ti , H 20, CH 3COOH , C 2H 60, 03 and CeO 2 as raw materials. The nanostructure TiO 2 and rare earth element (La, Ce) doped TiO 2 composite were prepared by sol-gel method. The Performance and property of samples were studied by X-ray diffractometer , scanning electron microscope , ICP-OES , UV-Vis spectrometer and Medium diffusion. The result of experiment show that the experiment prepared to anatase crystal type of TiO 2 powder and La/TiO 2 powder, because cerium oxide slightly soluble in sour, doesn * t dissolve in solution. Ce is basically not mixed into titanium dioxide. The powder main of anatase type TiO 2 and the compound of cerium oxides , no effect on the performance of TiO 2. In the La/TiO powder has 8.24% La element. The 300 min La/TiO 2 photocatalytic rhodamine B solution f s decolourization ratio increase to 91.2% f it has good inhibitory effect on staphylococcus aureus.Key words :earth element ( La, Ce) doped TiO 2 composite ； La/TiO 2 ； sol-gel method ； photocatalysis ； antibacterial activity 0引 言随着人们生活水平的提高，对日用品、环保、医疗、食品包装、水处理等的抑菌性有了较高的要求。
稀土元素掺杂TiO_2光催化剂的制备与性能研究动态
2. 2 Ce4 +掺杂 TiO2 光催化活性及掺杂机理的探讨 Ce元素具有 + 3和 + 4两个价态 ,经高温焙烧后主
要以 4价的 CeO2 形式存在 ,少量 Ce掺杂后 TiO2 光催 化活性的提高主要是由于 Ce4 + 能成为光生电子捕获 剂 。由于 Ce4 + /Ce3 + 还 原反 应 所 具 有 的 势 能 级 为 1. 61V ,在紫外光照射下 , Ce4 +很容易捕获光生电子生成 Ce3 + ,起到光生电子捕获剂的作用 ,电子被捕获后 ,因 难以与空穴结合而分离 ,提高了 TiO2 的光催化活性 。 但随着 Ce4 +的增加 ,界面上 Ti4 +进入 CeO2 晶格的量也 随之增多 。 Ti4 + 进入 CeO2 晶格后被 8 个氧原子“锁 定 ”,价态不变 ,不能象 3 价稀土离子掺杂可捕获空穴 产生活性羟基 ,掺杂量增加的同时催化剂中电子捕获 剂表面 Ti4 +也减少 ,以上现象的同时发生造成了光生 电子 ———空穴对的快速复合 。这种影响要大于 Ce4 +的 正贡献 ,因而随着掺杂量的增加 ,催化剂活性降低 [10 ] 。 2. 3 其它稀土元素掺杂 TiO2 光催化活性及掺杂机理 探讨
环境和能源是 21 世纪人类面临和亟待解决的问 题 。能直接利用太阳能在常温下来驱动的光催化反应 技术成为一种较为理想的环境污染治理和清洁生产的 方式 ,在环保 、能源 、医药 、建材和食品等行业具有广阔 的应用前景 ,因而倍受科学界 、政府部门和企业界的重 视 。 TiO2 凭借其价廉 、无毒 、高稳定性 、耐腐蚀性 、可循 环利用等特点 ,成为一种极具发展前景的光催化剂主 体材料 ,已被广泛用于空气净化 、废水处理 、抗菌和表 面清洁等领域 。然而 , TiO2 本身存在光吸收范围窄 、光 电子 - 空穴对寿命短等缺点 ,限制了 TiO2 的实际应用 范围 。因此 , TiO2 的光催化活性必须得到充分提高 ,拓 展其可见光响应范围 ,使其具有更高光催化活性 。为 此 ,各国科研工作者采取了多种办法如贵金属沉积 、半 导体复合 、离子掺杂 、光敏化 、表面还原处理等 [1 - 4 ]来
高效可见光催化活性TiO2纳米材料的制备-创业申请书
研究生创新创业基地项目
申请书
项目名称：高效可见光催化活性TiO2纳米材料的制备
及机理研究
甲方：
乙方(项目负责人)：
丙方(项目负责人导师)：
项目完成时间：年月日
签订日期：年月日
2014年10月制
项目申请书
够在3h内将300ppm左右高浓度苯完全降解。
其降解结果如图1所示。
通过EPR，XPS，HRTEM，EELS，正电子湮没等先进表征手段表征材料微观结构的变化并分析其对性能的影响，我们率先提出可能的机理是NH3的作用使N原子进入TiO2晶格使其具有可见光响应扩展光谱响应范围，H2的作用是增加材料表面的活性反应中心数量，同时各自在能带结构上形成N的孤立杂质能级及氧空位能级，使电子能够在此两个能级间定域运动，从而降低复合速率，提高载流子的寿命，即N杂质与氧空位间表示出的协同效应。
图1.可见光条件下降解气相苯
结合我们制备出的具有高活性良好稳定性的纳米TiO2催化剂，拟从以下几个方面进一步研究：(1)研究掺杂改性TiO2的微结构变化；
(2)通过原位红外、色谱－质谱联用分析研究苯的反应降解路径，并
项目经费预算
一、项目基本信息。
稀土掺杂纳米TiO2的制备、性能及机理研究
预备知识
稀土元素是指元素周期表中的镧系元素和钪、钇共17种元素。它们具有独特 的电子结构和化学性质，常见的稀土元素有La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、 Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu等。纳米TiO2是一种常见的白色无机粉末，具有 优异的紫外光吸收能力和光催化性能，被广泛应用于环保、能源、生物医学等领 域。
性能及机理研究
1、结构性能
稀土掺杂纳米TiO2的晶体结构发生改变，由锐钛矿型向金红石型转变。稀土 元素的引入可以减小纳米TiO2的晶格常数，从而改善其光催化性能。这是由于稀 土元素具有较小的原子半径，可以取代TiO2晶格中的部分Ti或O原子，导致晶格 常数减小。
2、光学性能
稀土掺杂纳米TiO2的光学性能得到显著改善。稀土离子的加入可以拓宽纳米 TiO2的吸收光谱范围，使其对可见光的吸收能力增强。这是由于稀土离子的能级 结构与TiO2的导带和价带能级匹配良好，从而促进了光生电子-空穴对的分离和 迁移。
此外，掺杂元素对氧化锌纳米材料的性能也有显著影响。例如，掺杂金属离 子可提高材料的导电性和光学性能，掺杂非金属元素可改善材料的稳定性和抗氧 化性，掺杂稀土元素可赋予材料独特的光学和电学性能。
三、结论
本次演示对氧化锌纳米材料的制备、掺杂及性能研究进行了详细阐述。通过 了解不同制备方法和掺杂剂的选择及其作用机理，有助于更好地控制氧化锌纳米 材料的形貌、结构和性能。然而，目前关于氧化锌纳米材料的研究仍存在一定的 问题和不足之处，如制备方法的优化、掺杂元素的多元化以及性能研究的系统化 等，需要进一步深入研究。未来，随着技术的不断发展，氧化锌纳米材料将在更 多领域展现出广阔的应用前景。
未来研究方向
1、深入研究稀土掺杂纳米TiO2的制备工艺，提高产物的形貌和粒径可控性， 为实现规模化生产提供技术支持。
《多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料制备及其作用机制的研究》范文
《多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料制备及其作用机制的研究》篇一一、引言随着人们对生活品质要求的提高，防污抗菌材料在日常生活和工业生产中的应用越来越广泛。
TiO2作为一种重要的无机非金属材料，具有无毒、化学稳定性好、光催化活性强等优点，是制备防污抗菌材料的理想选择。
本文以多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料为研究对象，探讨其制备方法及作用机制。
二、多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料的制备1. 材料选择与准备本实验选用高纯度TiO2纳米粉体作为基材，选用多种元素如N、F、V等作为掺杂剂。
所有材料均经过严格筛选和预处理，确保其纯度和活性。
2. 掺杂方法采用溶胶-凝胶法结合高温煅烧法制备多元素掺杂TiO2纳米材料。
首先将掺杂剂溶解在适量的溶剂中，然后与TiO2纳米粉体混合，形成均匀的溶胶。
接着通过干燥、煅烧等步骤，使溶胶转化为纳米材料。
3. 制备流程具体制备流程包括：配制掺杂剂溶液→与TiO2纳米粉体混合→形成溶胶→干燥→煅烧→得到多元素掺杂TiO2纳米材料。
三、多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料的作用机制1. 光催化作用多元素掺杂的TiO2纳米材料在光照下能够产生光生电子和空穴，这些光生载流子具有强氧化还原能力，能够将有机污染物分解为无害的小分子物质，从而达到防污效果。
同时，光催化过程中产生的活性氧物种还具有抗菌作用。
2. 元素掺杂影响N、F、V等元素的掺杂可以改变TiO2的晶体结构，扩大其光谱响应范围，提高对紫外线和可见光的吸收能力。
此外，掺杂元素还可以降低电子-空穴的复合率，提高光催化效率。
3. 抗菌机制多元素掺杂TiO2纳米材料的抗菌机制主要包括两个方面：一是通过光催化作用产生的活性氧物种破坏细菌的细胞结构，导致其死亡；二是掺杂元素与细菌的相互作用，直接破坏细菌的生理功能，从而达到抗菌目的。
四、实验结果与讨论1. 制备结果通过溶胶-凝胶法结合高温煅烧法成功制备了多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料。
一种壳聚糖负载纳米二氧化钛复合物及其制备方法[发明专利]
(10)申请公布号 (43)申请公布日 2014.04.16C N 103726319A (21)申请号 201310659591.9(22)申请日 2013.12.09D06M 15/03(2006.01)D06M 11/46(2006.01)D06M 23/12(2006.01)C08J 3/24(2006.01)C08B 37/08(2006.01)(71)申请人科凯精细化工（上海）有限公司地址201512 上海市金山区金山卫镇板桥西路2459号(72)发明人任一波 周文 张萍 武小荣赖喻珍 戚文迎 俞成丙(74)专利代理机构上海新天专利代理有限公司31213代理人胡红芳(54)发明名称一种壳聚糖负载纳米二氧化钛复合物及其制备方法(57)摘要本发明公布了一种壳聚糖负载纳米TiO 2复合物及其制备方法，以壳聚糖、纳米TiO 2溶液为水相混合物，石油醚/液体石蜡为混合油相混合物，采用悬浮-交联的技术制备壳聚糖负载纳米TiO 2抗菌微球。
本发明以天然抗菌剂壳聚糖为壁材、金属离子型抗菌剂TiO 2作芯材，采用悬浮-交联法制备微球型复合抗菌剂，通过它们之间的协同作用和优势互补，可大大提高抗菌剂的性能和适用范围。
进一步，在抗菌剂经复合后，新型的抗菌剂具有性能高、抗菌更为广谱、稳定性好等特点。
(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书5页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书5页 附图1页(10)申请公布号CN 103726319 A1/1页1.一种壳聚糖负载纳米二氧化钛复合物，其特征在于，所述复合物是用戊二醛交联固化所述壳聚糖形成的壁材包覆纳米二氧化钛形成的复合型抗菌微球；其中，壳聚糖与纳米二氧化钛的质量百分比为：壳聚糖为70～90％，纳米二氧化钛为10～30％；所述戊二醛与所述壳聚糖结构单元的摩尔比为(1～4)：1。
2.根据权利要求1所述的壳聚糖负载纳米二氧化钛复合物，其特征在于，所述纳米二氧化钛的晶型为锐钛矿型。
稀土掺杂TiO2纳米材料的制备及其光催化性质的研究
稀土掺杂TiO2纳米材料的制备及其光催化性质的研究牟瑞龙;兰依博;李晓东【期刊名称】《吉林建筑大学学报》【年(卷),期】2018(000)002【摘要】采用溶胶-凝胶法,以钛酸四丁酯为钛源、硝酸镧为镧源,制备了镧掺杂纳米TiO2复合材料.通过粉末X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）等对La-TiO2样品进行表征和分析,以甲基橙（MO）作为目标降解物,考察经不同掺镧量的La-TiO2样品对MO的降解效果.结果表明,纯的TiO2和掺杂镧的TiO2都是锐钛矿相.当La3+的掺杂量为4%,煅烧温度为600℃,煅烧时间为2h,制备的纳米La-TiO2复合材料具有最小的晶粒尺寸;当La-TiO2质量浓度为2g/L时,15mg/L甲基橙溶液在11W紫外光照射1h后,降解率可达到40.1%,纳米复合材料的光催化反应符合一级反应动力学方程.【总页数】5页(P43-47)【作者】牟瑞龙;兰依博;李晓东【作者单位】吉林建筑大学材料科学与工程学院;吉林建筑大学研究生学院;吉林建筑大学基础科学部【正文语种】中文【中图分类】O643.36【相关文献】1.稀土掺杂纳米TiO2光催化剂制备及其光催化性能 [J], 郭莉;王丹军;强小丹;付峰;韦庆婷;李东升2.稀土掺杂纳米TiO2的制备及光催化性能研究 [J], 刘海燕;石春卉;张瑞仁;于德成;赵岩;李来军;刘红3.分级多孔结构Bi2WO6/TiO2纳米材料的生物模板法制备及其光催化性能 [J], 王争一;白莉;林鑫辰;冯威4.TiO2/ML-Ti3C2复合纳米材料的制备及其光催化性能 [J], 代丽;马娉娉;张利;孙诗睿;于伟;顾卫星;关杰5.高活性晶面锐钛矿型TiO2纳米材料的溶剂热法制备及其光催化性能 [J], 杜意恩;牛宪军;李万喜;高淑雅;李玉梅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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壳聚糖-稀土元素掺杂TiO2复合材料的制备及抑菌性的研究Study on preparation and anti-bacterium performance of chitosan-TiO2 doped with rare earth 立项依据研究背景与基础：与常规材料相比，纳米TiO2具有块状无机材料所不具备的小尺寸效应、量子尺寸效应、界面效应、宏观量子隧道效应和介电限域效应[1-2]，从而导致它表面原子比例高、比表面积大、表面晶格缺陷度大、表面能高和熔点低等特性[3]，并且具有磁性强，光吸收性能好，表面活性大，热导性好，分散性好[4]等特性。
由于纳米TiO2具有的以上特性使得它在很多领域如精细陶瓷、半导体材料、环境科学领域[4]、光催化材料，特别是在抗菌方面得到广泛应用。
纳米TiO2光催化剂对大肠杆菌、金色葡萄球菌、绿脓杆菌、沙门氏菌和曲霉等有抑制和杀灭作用。
纳米TiO2在紫外线的照射下,能够自行分解出自由移动的带负电的电子(e-)和带正电的空穴(h+)，发生一系列化学反应,形成空穴-电子对。
吸附溶解在TiO2表面的氧俘获电子形成O2-，而空穴则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成HO·。
生成的原子氧和氢氧自由基活性很强，能与细菌内的有机物反应,生成CO2和H2O,从而在短时间内就能杀死细菌，消除恶臭和油污。
试验证明,如果在玻璃上涂一薄层TiO2,光照3h,可杀灭大肠杆菌；光照4h，毒素的含量可控制在5%以下。
若在瓷砖上涂覆TiO2,将这种瓷砖用于医院，附着于墙面的细菌数可由原来的5~10cfu/cm2降为0，空气浮游菌数可由原来的25cfu/(min·cm2·L)降为5cfu/(min·cm2·L)[5]。
TiO2光催化剂不仅能在短时间内杀死细菌，而且光催化产生的活性羟基能分解细菌生长所需的有机物，从而抑制细菌的生长与发育，高效杀菌消毒。
并且纳米TiO2能同时降解由细菌释放出来的有毒复合物[6]。
纳米TiO2杀菌消毒方面的即效性、无毒性和半永久性都决定了它将广泛应用于各个行业，有极大的研究价值。
研究表明，TiO2的晶格、粒径和缺陷都会影响其光催化活性[7]。
提高光催化活性的关键是改性。
掺杂稀土元素改性是提高纳米TiO2光催化活性的一个重要手段，近年来国内外在此展开了广泛而深入的研究。
掺杂适量的稀土元素（如铈、镧、钇）可提高纳米TiO2薄膜的光催化活性[8]。
稀土元素因其独特的电、光、磁、热性能而被人们称之为新材料的“宝库”，是许多高新技术材料不可替代的关键元素。
稀土金属在高新技术产业应用方面主要指磁性材料、贮氢材料、稀土荧光、发光材料、汽车尾气净化用催化材料、稀土功能陶瓷材料等[9-11]。
借助稀土元素的f层电子、易产生多电子组态等特点人们可以将稀土掺杂到TiO2催化剂中,达到提高其光催化活性和扩大对可见光的光谱响应范围。
实验表明[12]，La和Ce元素的掺杂对TiO2晶格的成长产生了影响,在一定程度上阻抑了TiO2的结晶程度，从而减少了电子和空穴移到半导体表面的时间，同时半导体禁带变宽,吸收光谱蓝，改善了光催化活性。
适量的的稀土掺杂可以使纳米TiO2光催化剂的吸收光波发生红移、光吸收能力提高、光生点荷复合减少、传递加快、表面缺陷增加、表面吸附增强、颗粒减小、焙烧过程向金红石型的转变减缓，从而使光催化反应效果明显改善[13]。
我国少数民族地区稀土矿产资源丰富，稀土掺杂纳米TiO2光催化剂技术的研究将促进少数民族地区稀土资源的开发利用，促进少数民族地区的经济发展。
光催化活性是膜及催化载体实用化的关键之一，而改性又是提高活性的关键稀土掺杂提高TiO2系膜活性对光催化反应过程优化值得广泛尝试。
然而，一方面影响掺杂光催化效果的因素纷繁复杂，掺杂机理尚不够清楚，其影响机制猜想多于证实，公认性结论也不多；另一方面，由于进行此类研究各自的实验条件和表征方法等的差异，很难在同一平台进行比较，所得结论有时候甚至相互矛盾。
此外岳林海等[14]、于向阳等[15]和Ping等[16]研究了稀土元素掺杂对TiO2光催化性能的影响,但对复合掺杂对其影响的研究却很少。
甲壳素（chitin）是一种天然多糖,其学名是β-(1→4)- 2-乙酰胺基-2-脱氧-D-葡萄糖,是由N-乙酰胺基葡萄糖以及β-1,4糖苷键缩合而成的天然高分子化合物，其分子结构与纤维素极为相似,如果把纤维素的基本单元葡萄糖分子第二个碳元素上的羟基(-OH)换成乙酰氨基(-NHCOH3) ,纤维素就变成了甲壳素。
甲壳素自然界生物含量巨大，仅次于植物纤维素的第二大生物资源,广泛存在于虾、蟹、蝇蛆及昆虫类的外壳，贝类及头足类动物的软骨，一些低等植物及菌类细胞中，在高等植物的细胞壁中也有相当大的含量。
甲壳素是一种用之不竭的生物资源，而且经自然界中的甲壳素酶、溶菌酶和壳聚糖酶等催化后可以完全降解，生成水、CO2、N2等小分子，不会对生态环境带来任何伤害。
壳聚糖（chitosan）是甲壳素的脱乙酰产物，也是迄今所发现的唯一天然碱性多糖。
与甲壳素相比，壳聚糖中有大量的氨基存在，其溶解性更好，化学改性的反应条件也较温和[17]壳素的脱乙酰化衍生物,壳聚糖有良好的生物相容性、生物可降解性、粘合性和无毒性,因而被广泛用于医学等领域[18-20]面，将壳聚糖制涂于果蔬表面，成膜后可减少因呼吸作用、蒸腾作用造成的水分、糖分、有机酸、维生素C等成分的损失,推迟成熟期,延缓衰老过程[21]。
壳聚),可与大多数金属离子形成稳定的螯合物,具有吸糖分子中有大量的羟基(-OH)和氨基(-NH2附、絮凝、杀菌、离子交换等性能,故在化工、纺织、印染、造纸、医药、环保、化妆品、农药等领域都有广泛的应用前景。
壳聚糖属于天然抗菌剂，具有良好的生物相溶性、可降解性、可再生性并且无毒副作用，有较好的抗菌防腐能力[22-23],对金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、大肠杆菌等致腐细菌及青霉、毛霉和根霉等霉菌均有一定的抑菌能力，在各类微生物中，细菌容易被抑制，酵母次之，对霉菌的抑制作用相对最弱，并随壳聚糖分子量的降低而加强, 同时壳聚糖的抗菌活性随其浓度增加而增强[24]。
据壳聚糖涂膜冷藏枇杷研究结果[25]表明:1.0%壳聚糖涂膜处理可以抑制其呼吸强度、多酚氧化酶(PPO)活性及过氧化物酶(POD)活性,而且还可以较好地保持其营养成分。
最+吸附新的研究表明,壳聚糖的抑菌作用可能有两种机理,一种是壳聚糖通过正电荷的-NH3带负电荷的细胞壁,使壳聚糖吸附在细胞膜表面形成一层高分子膜,改变了细胞膜的选择透过性,阻止营养物质向细胞内的运输致使细胞质流失,细胞质壁分离,从而起到抑菌杀菌作用；另外一种机理是壳聚糖通过渗入进细胞体内,吸附细胞体内带有阴离子的细胞质,并发生絮凝作用,扰乱细胞正常的生理活动,从而杀灭细菌[26]。
壳聚糖作为涂膜仍存在一些问题，壳聚糖膜的湿态机械强度较差，膜的强度、韧性不够，一段时间后易断裂破碎，使部分表面裸露[27],从而影响其应用的广泛性，这是壳聚糖自身的结构和性质所致，通过与无机物掺杂改性可以解决这个问题。
抗菌实验表明,壳聚糖/TiO混合膜2的增加,复合膜的抗菌作用明显增强[28]。
当壳聚糖溶液浓度为具有很强的抗菌性能,随TiO20.5%, TiO2含量(质量)为0.125%( TiO2/壳聚糖溶液)时,复合膜在2h内对大肠杆菌的杀菌率就达到90%以上。
与其它膜相比,杀菌速率快,且杀菌效果持久[29]。
然而从现有文献看，目前国内有关壳聚糖- TiO复合膜的研究和应用较少，国内外尚无对2与壳聚糖复配材料抑菌性的研究，造成较大的资源浪费。
针对此研究空缺，稀土掺杂纳米TiO2复合材料的制备及抑菌性的研究。
我们将在导师的指导下完成壳聚糖-稀土掺杂TiO2研究价值：结合起来，本研究项目拟将具有抗菌、杀菌作用的壳聚糖与稀土元素复合掺杂改性的TiO2复合抑菌材料。
甲壳素在自然界中储量巨大，经脱乙酰基、降解为制成壳聚糖-稀土掺杂TiO2壳聚糖；壳聚糖具有防止微生物浸染功能，而且能有效地抑制病菌入侵和生长，将纳米TiO2添加在壳聚糖的成膜材料中，易与成膜材料结合，提高膜与基体之间的结合强度，提高膜的作为一种光触媒杀菌材料属于抗老化性能，改善膜表面的自洁性和成膜的气密性。
纳米TiO2非溶出型无机抗菌剂，无毒，无味，无刺激，热稳定性与耐热性强[30]，经稀土掺杂改性后，在光催化作用、杀菌和吸收紫外线等方面又有更优越的性质，制成的复合抑菌材料在功能上也会远远优于已有的防腐抑菌材料。
壳聚糖-稀土复合掺杂TiO2复合抑菌材料在兼备二者的基础上，研制抑菌性能更强的复合抑菌材料。
将壳聚糖-稀土复合掺杂TiO2新型抑菌材料涂抹到果蔬表面，将起到有效地防腐功能，大大延长果蔬的保质期，而且新材料的天然无毒特性，还能提高果蔬食品的安全性。
如将新型材料应用在建筑材料特别是木制品上，则可以极大地降低木质表面的风化腐烂速率，有效地延长使用寿命。
在涂抹家具材料上，壳聚糖-稀土掺杂TiO2膜，将不仅能起到防腐抗菌功效，壳聚糖大分子以其巨大的吸附性，结合稀土掺杂TiO2的光催化功能，还可以有效地去除甲醛等室内污染物，起到净化空气的作用。
这种新的复合材料的优良性能在医学、纺织、环保、农药等其他领域也定能有很大的用途。
优势分析：1.资料优势学校紧邻国家图书馆，可就近查阅相关资料，国家图书馆的巨大数据库，可以为我们的研究提供最前沿以及最权威的参考文献。
2.师资优势指导教师有着极其丰富的理论知识和实践经验，可指导我们的实验研究。
指导老师的课题组，多年来一直从事着无机陶瓷膜及光催化剂TiO2的研究工作，已经研制成功一系列催化性能良好的稀土改性的TiO2复合光催化剂，甲基橙的脱色率最高可达100%，对有机污染物的光催化分解的去除率可达98.5%。
已经开展了壳聚糖的制备改性的研究工作，得到改性的低聚壳聚糖，初步探索了壳聚糖的成膜特性和金属配合的性能，并且已经得到了膜的强度、韧性较好的壳聚糖膜。
3.研究小组成员优势研究小组成员的组成、所学专业集中了化学专业与环境专业的优势，与本项目的研究方向相一致，是本项目的一个优势。
实验负责人化学专业基础扎实，已经在实验室有一年多年的实验经历，做过有机化学、无机化学、绿色化学（如壳聚糖的制备与改性）等多项综合性设计实验，并作为小组负责人，具有较强的实验技能和组织能力。
小组另一位成员具有扎实的专业基础，在化学、环境生物学等实验中积累了宝贵的经验，在课程设计实验中表现突出，操作能力和学习能力较强。
而且本小组成员通过对自身专业的学习以及对相关文献的查阅，对本项目研究方向有一定的了解，特别是利用寒暑假和课余时间从事的一些研究工作积累了一定经验。