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本文以提高TiO2纳米粉体的光催化活性和解决其在水性涂料中的分散性为目的，开发出具有矿化环境污染物和抑菌杀菌功能的新型环境功能涂料，为室内空气污染治理提供了一种安全、高效、经济、绿色的新技术和新产品。 针对环境功能涂料制备过程中 TiO2纳米颗粒在水性涂料中极易团聚，分散性差，涂料易老化、粉化，耐候性差等问题，以提高分散稳定性和增强耐候性为目的，本文采用溶胶-凝胶法，以锐钛矿型纳米TiO2粉体为载体，Na2SiO3为包覆剂，H2SO4为中和剂，首次在室温条件下成功地制备了分散性良好的TiO2/SiO2纳米粉体。通过实验优化确定最佳工艺条件为：分散剂5027用量为2％(wt，5027/H2O)；分散液pH值为9.5左右；中和时间为2h；包覆温度可控制为23℃或80℃；Na2SiO3用量6%(wt，SiO2/TiO2)；陈化液pH值为9.0左右。采用XRD、XRF、TEM、BET比表面分析对样品进行了表征，并以亚甲基蓝(MB)溶液的光催化脱色率和COD去除率为指标评价了光催化活性。结果表明，在TiO2纳米颗粒表面包覆一层多孔非晶态水合二氧化硅纳米膜，可以显著提高水分散性，有效控制光催化活性，进而提高涂料的抗老化性和耐候性。研究表明，中和时间对包硅效率影响较大，适当增加中和时间有利于提高包硅效率；低温包覆，成膜相对疏松，改性粉体的光催化活性相对较高；高温包覆，成膜相对致密，改性粉体的光催化活性相对较低。 为进一步提高纳米TiO2的光能利用率和量子化效率，本文系统开展了纳米TiO2稀土金属离子掺杂改性工艺及相关基础研究。利用酸催化的溶胶-凝胶法制备了纯TiO2和系列RE3+(RE= Yb、Gd、Pr)掺杂的TiO2纳米粉体。以亚甲基蓝溶液的光催化脱色率为评价指标，考察了稀土离子掺杂量和焙烧温度对TiO2纳米粉体的光催化活性的影响。采用XRD、BET、XPS、DRS和SPS等技术对样品进行了表征，探讨了不同稀土离子掺杂对TiO2纳米粒子的光催化活性的影响机制。研究结果表明，稀土离子掺杂可以显著提高TiO2纳米粒子的光催化活性。本文制备的纯的、镱掺杂的、钆掺杂的和镨掺杂的TiO2纳米粉体的光催化活性依次为：Gd3+/TiO2>Pr3+/TiO2>Yb3+/TiO2>TiO2，它们对MB溶液的光催化脱色率依次为60%、56.39%、54.94%和40.31%。进一步研究表明，镱掺杂可有效抑制光生e-/h+的复合，增加纳米粒子表面羟基含量，增大比表面积，并可增强样品表面的光吸收能力；钆掺杂可有效抑制TiO2由锐钛矿向金红石的相变，减小晶粒尺寸，增大纳米粒子的比表面积；镨掺杂可促进光生e-/h+的分离，抑制TiO2由锐钛矿向金红石的相变，可增大纳米粒子的比表面积、增加表面羟基和吸附氧的含量和增强粉体表面的光吸收能力等。 在稀土离子单独掺杂改性研究的基础上，本文首次系统开展了锌镱双组分共掺杂改性工艺及相关基础研究。结果表明，锌镱共掺杂TiO2纳米粉体对MB溶液的光催化脱色率达到74.59%，明显高于未掺杂的、锌或镱单独掺杂的TiO2纳米粉体的光催化活性，锌镱共掺杂对TiO2光催化活性的提高产生了协同增效的作用。进一步研究表明，锌镱共掺杂优化了TiO2纳米粒子的相结构；能够依据不同的作用机制促进光生e-/h+的分离，从而提高了量子化效率；增强了光生e-/h+的氧化还原能力；改善了样品的表面织构特性；增强了样品的吸光性能。 本文采取两段式纳米复合涂料制备工艺，分别将TiO2/SiO2纳米粉体和锌镱共掺杂TiO2纳米粉体应用于苯丙乳液中制备出新型环境净化功能纳米复合涂料。通过实验确定了最佳的制备工艺条件：研磨分散0.5h；分散液pH值为8.0左右；用2%聚丙烯酸铵分散TiO2/SiO2纳米粉体；用1%分散剂3275分散锌镱共掺杂TiO2纳米粉体；TiO2/SiO2纳米粉体的添加量为5%；锌镱共掺杂TiO2纳米粉体的添加量可以根据对涂料耐候性的具体要求确定为1%或2%。改性TiO2粉体在涂层中的分散性较好。纳米复合涂料的耐水性、耐碱性和耐洗刷性均达到国家一等品指标。抗老化性要求较高的涂料应选择TiO2/SiO2纳米粉体，其添加量在5%左右；抗老化性要求较低的涂料应选择锌镱共掺杂TiO2纳米粉体，其添加量在1～2%。 采用本文研制的TiO2纳米复合涂料开展了对空气中VOCs降解效能及抗菌性能研究。结果表明，TiO2/SiO2纳米复合涂料能够有效去除空气中的苯。当苯的初始浓度较低时，苯在涂料表面的光催化降解反应符合一级反应动力学规律。锌镱共掺杂TiO2纳米复合涂料能够有效去除空气中的甲醛，当甲醛的初始浓度为178.26mg/m3时，反应156h后，涂料对甲醛的光催化降解率高达到95.8%。相对湿度为50%RH时，甲醛的降解速率较快。TiO2/SiO2纳米复合涂膜在日光灯照射下24h对大肠杆菌的杀菌率达87.8%，明显高于纯TiO2纳米复合涂膜的63.0%；锌镱共掺杂TiO2纳米复合涂膜的杀菌率高达93.7%。