負(fù)載焦硅酸銀自清潔棉織物的制備及性能

陳海家，王 礦，2，蔣文雯，2，朱裕平，姜雨淋，祁珍明，高大偉，任 煜，2，王春霞，2

（1.鹽城工學(xué)院紡織服裝學(xué)院，江蘇鹽城 224051；2.南通大學(xué)紡織服裝學(xué)院，江蘇南通 226019）

減少洗滌次數(shù)可保持衣物的穿著舒適性和美觀度，還可達(dá)到節(jié)能、節(jié)水和環(huán)境友好的目的，因此，研究與開(kāi)發(fā)自清潔織物備受人們的關(guān)注[1-2]。目前，織物的自清潔性能主要通過(guò)超疏水化表面和光催化自清潔兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)。其中，光催化自清潔技術(shù)是將具有光催化效應(yīng)的顆粒負(fù)載到織物上[3]實(shí)現(xiàn)織物自清潔。二氧化鈦由于具有良好的光催化活性、無(wú)毒、生物相容性好以及價(jià)格低廉易得等優(yōu)點(diǎn)而廣泛用于制備光催化自清潔織物。但二氧化鈦因禁帶寬只能被紫外光激發(fā)，因此，二氧化鈦只能使用一小部分太陽(yáng)能，導(dǎo)致光催化降解率較低，限制了實(shí)際應(yīng)用。在當(dāng)前能源危機(jī)日趨嚴(yán)峻的形勢(shì)下，利用可見(jiàn)光催化劑開(kāi)發(fā)自清潔織物勢(shì)在必行[4-6]。一種新型的可見(jiàn)光催化劑焦硅酸銀幾乎在整個(gè)可見(jiàn)光范圍（小于740 nm）內(nèi)都具有較強(qiáng)的光催化活性[7]。目前關(guān)于利用焦硅酸銀制備自清潔織物尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。本研究以九水合偏硅酸鈉和硝酸銀為原料，通過(guò)原位沉積法將焦硅酸銀負(fù)載到棉織物上，探討棉織物負(fù)載焦硅酸銀前后晶相、形貌、化學(xué)成分和光吸收等的變化；以亞甲基藍(lán)為降解對(duì)象，在可見(jiàn)光下研究棉織物的自清潔性能及耐久性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料：棉織物（南通偉騰紡織品有限公司）；3-氨基丙基三乙氧基硅烷（不小于98%），九水合偏硅酸鈉、硝酸銀和無(wú)水乙醇（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

儀器：EA1004N電子天平（上海浦春計(jì)量?jī)x器有限公司），JB-3定時(shí)雙向磁力恒溫?cái)嚢杵鳎ń饓薪鸱謨x器有限責(zé)任公司），常溫振蕩式小樣染色機(jī)（上海瀚而祥機(jī)電設(shè)備有限公司），SD101-1電熱鼓風(fēng)干燥箱（南通金石實(shí)驗(yàn)儀器有限公司），X′Pert PRO型X射線(xiàn)多晶衍射儀（荷蘭帕納科公司），JSM-6700F型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（日本JEOL電子公司），DUV-3700型深紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（日本島津公司）。

1.2 棉織物的預(yù)處理

蒸餾水和無(wú)水乙醇按體積比1∶1混合后得到乙醇溶液，然后加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷5%（對(duì)乙醇水溶液質(zhì)量），50℃振蕩60 min得到溶膠。將洗滌干燥后的棉織物浸泡于溶膠中，振蕩120 min，取出軋壓（軋余率為95%），100℃烘30 min，165℃焙烘4 min，去離子水清洗，60℃烘干得到改性棉織物。

1.3 負(fù)載焦硅酸銀自清潔棉織物的制備

稱(chēng)取0.568 g九水合偏硅酸鈉加入到60 mL去離子水中；稱(chēng)取1.02 g硝酸銀加入到40 mL去離子水中。分別避光磁力攪拌30 min至完全溶解，得到偏硅酸鈉溶液和硝酸銀溶液。先將0.5 g改性棉織物浸泡在硝酸銀溶液中，避光振蕩60 min；然后用膠頭滴管將偏硅酸鈉溶液逐滴滴加到硝酸銀溶液中，繼續(xù)避光振蕩120 min；最后取出織物清洗，60℃烘干，得到負(fù)載焦硅酸銀棉織物。

1.4 表征

采用X射線(xiàn)多晶衍射儀分析棉織物晶相結(jié)構(gòu)。采用掃描電子顯微鏡及X射線(xiàn)能譜儀觀察和分析織物表面形貌和化學(xué)組成。采用深紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)繪制棉織物紫外-可見(jiàn)光譜。

1.5 測(cè)試

在可見(jiàn)光照射下測(cè)定棉織物對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的降解率。首先將0.5 g棉織物剪成小塊，放入盛有亞甲基藍(lán)溶液（30 mg/L，100 mL）的燒杯中，避光磁力攪拌30 min，然后放在氙燈光源下照射，每隔5 min吸取10 mL溶液在1 000 r/min下離心3 min，吸取上層清液，使用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定最大吸收波長(zhǎng)下對(duì)應(yīng)的吸光度，根據(jù)下式計(jì)算棉織物對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的降解率：

式中，A0和At分別為降解前和降解t分鐘后亞甲基藍(lán)溶液的吸光度。

進(jìn)行多次洗滌，繼續(xù)重復(fù)光降解實(shí)驗(yàn)3次，測(cè)試自清潔性能的耐久性。

2 結(jié)果與討論

2.1 XRD

根據(jù)XRD的標(biāo)準(zhǔn)卡可知，纖維素和焦硅酸銀的特征峰分別出現(xiàn)在2θ=14.4°、16.4°、22.6°和33.9°處與2θ=34.0°處。由圖1可看出，棉織物XRD譜圖中的特征峰與標(biāo)準(zhǔn)卡一致；負(fù)載焦硅酸銀的棉織物在2θ=14.4°、16.4°、22.6°和34.0°處出現(xiàn)特征峰，在2θ=34.0°處的特征峰變寬、變?nèi)酢＿@是由于棉織物上負(fù)載了顆粒較小、結(jié)晶度較低的焦硅酸銀[7]，說(shuō)明焦硅酸銀成功負(fù)載到棉織物上。

圖1 棉織物(a)、負(fù)載焦硅酸銀棉織物(b)的XRD譜圖

2.2 SEM+EDS

由圖2可知，棉織物表面光滑，負(fù)載焦硅酸銀后棉織物表面布滿(mǎn)很多納米顆粒，納米顆粒分散比較均勻，大部分顆粒的平均直徑為100 nm左右，較小的顆粒有利于吸附污染物，促進(jìn)光降解反應(yīng)；另外，少部分顆粒發(fā)生了團(tuán)聚，形成直徑為400～500 nm的較大顆粒。

圖2 棉織物(a)、負(fù)載焦硅酸銀棉織物(b)的FESEM照片

由圖3和表1可知，負(fù)載焦硅酸銀棉織物表面增加了銀和硅元素，進(jìn)一步證明了焦硅酸銀成功負(fù)載到棉織物上[8]。

圖3 棉織物(a)、負(fù)載焦硅酸銀棉織物(b)的EDS譜圖

表1 棉織物表面化學(xué)元素及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.3 紫外-可見(jiàn)光譜

由圖4可知，棉織物基本不吸收光，而負(fù)載焦硅酸銀棉織物對(duì)350～750 nm內(nèi)的紫外可見(jiàn)光有一定的吸收[9-10]。這說(shuō)明負(fù)載焦硅酸銀棉織物在可見(jiàn)光照射下具有自清潔性能。

圖4 棉織物(a)、負(fù)載焦硅酸銀棉織物(b)的UV-Vis DRS譜圖

2.4 自清潔性能

由圖5可知，棉織物對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的降解率幾乎為零；而負(fù)載焦硅酸銀棉織物對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的降解率隨光照時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，當(dāng)光照時(shí)間為60 min時(shí)，降解率達(dá)83%，說(shuō)明負(fù)載焦硅酸銀棉織物在可見(jiàn)光照射下具有自清潔性能[11]。

圖5 棉織物(a)、負(fù)載焦硅酸銀棉織物(b)對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的降解率

由圖6可知，隨著重復(fù)利用次數(shù)的增加，負(fù)載焦硅酸銀棉織物對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的降解速率及降解率逐漸降低；重復(fù)利用3次后，降解率仍可達(dá)80%左右。因此，負(fù)載焦硅酸銀棉織物的自清潔性能具有一定的耐久性，可重復(fù)利用。

圖6 負(fù)載焦硅酸銀棉織物對(duì)亞甲基藍(lán)溶液不同重復(fù)次數(shù)的降解率

3 結(jié)語(yǔ)

采用原位沉積法成功制備了負(fù)載焦硅酸銀自清潔棉織物。在可見(jiàn)光照射下，負(fù)載焦硅酸銀棉織物具有較好的自清潔性能，多次洗滌、重復(fù)使用后，仍能保持良好的自清潔效果。