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，還可達到節(jié)能、節(jié)水和環(huán)境友好的目的，因此，研究與開發(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超疏水化表面和光催化自清潔兩種技術(shù)實現(xiàn)。其中，光催化自清潔技術(shù)是將具有光催化效應(yīng)的顆粒負載到織物上[3]實現(xiàn)織物自清潔。二氧化鈦由于具有良好的光催化活性、無毒、生物相容性好以及價格低廉易得等優(yōu)點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能，導(dǎo)致光催化降解率較低，限制了實際應(yīng)用。在當前能源危機日趨嚴峻的形勢下，利用可見光催化劑開發(fā)自清潔織物勢在必行[4-6]。一種新型的可見光催化劑焦硅酸銀幾乎在整個可見光范圍（小于740 nm）內(nèi)都具有較強的光催化活性[7]。目前關(guān)于利用焦硅酸銀制備自清潔織物尚未見文獻報道。本研究以九水合偏硅酸鈉和硝酸銀為原料，通過原位沉積法將焦硅酸銀負載到棉織物上，探討棉織物負載焦硅酸銀前后晶相、形貌、化學(xué)成分和光吸收等的變化；以亞甲基藍為降解對象，在可見光下研究棉織物的自清潔性能及耐久性。

1 實驗

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、硝酸銀和無水乙醇（分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司）。

儀器：EA1004N電子天平（上海浦春計量儀器有限公司），JB-3定時雙向磁力恒溫攪拌器（金壇市金分儀器有限責(zé)任公司），常溫振蕩式小樣染色機（上海瀚而祥機電設(shè)備有限公司），SD101-1電熱鼓風(fēng)干燥箱（南通金石實驗儀器有限公司），X′Pert PRO型X射線多晶衍射儀（荷蘭帕納科公司），JSM-6700F型場發(fā)射掃描電子顯微鏡（日本JEOL電子公司），DUV-3700型深紫外-可見分光光度計（日本島津公司）。

1.2 棉織物的預(yù)處理

蒸餾水和無水乙醇按體積比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 負載焦硅酸銀自清潔棉織物的制備

稱取0.568 g九水合偏硅酸鈉加入到60 mL去離子水中；稱取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，得到負載焦硅酸銀棉織物。

1.4 表征

采用X射線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-可見分光光度計繪制棉織物紫外-可見光譜。

1.5 測試

在可見光照射下測定棉織物對亞甲基藍溶液的降解率。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-可見分光光度計測定最大吸收波長下對應(yīng)的吸光度，根據(jù)下式計算棉織物對亞甲基藍溶液的降解率：

式中，A0和At分別為降解前和降解t分鐘后亞甲基藍溶液的吸光度。

進行多次洗滌，繼續(xù)重復(fù)光降解實驗3次，測試自清潔性能的耐久性。

2 結(jié)果與討論

2.1 XRD

根據(jù)XRD的標準卡可知，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準卡一致；負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)?。這是由于棉織物上負載了顆粒較小、結(jié)晶度較低的焦硅酸銀[7]，說明焦硅酸銀成功負載到棉織物上。

圖1 棉織物(a)、負載焦硅酸銀棉織物(b)的XRD譜圖

2.2 SEM+EDS

由圖2可知，棉織物表面光滑，負載焦硅酸銀后棉織物表面布滿很多納米顆粒，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，促進光降解反應(yīng)；另外，少部分顆粒發(fā)生了團聚，形成直徑為400～500 nm的較大顆粒。

圖2 棉織物(a)、負載焦硅酸銀棉織物(b)的FESEM照片

由圖3和表1可知，負載焦硅酸銀棉織物表面增加了銀和硅元素，進一步證明了焦硅酸銀成功負載到棉織物上[8]。

圖3 棉織物(a)、負載焦硅酸銀棉織物(b)的EDS譜圖

表1 棉織物表面化學(xué)元素及其質(zhì)量分數(shù)

2.3 紫外-可見光譜

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

圖4 棉織物(a)、負載焦硅酸銀棉織物(b)的UV-Vis DRS譜圖

2.4 自清潔性能

由圖5可知，棉織物對亞甲基藍溶液的降解率幾乎為零；而負載焦硅酸銀棉織物對亞甲基藍溶液的降解率隨光照時間的延長而增加，當光照時間為60 min時，降解率達83%，說明負載焦硅酸銀棉織物在可見光照射下具有自清潔性能[11]。

圖5 棉織物(a)、負載焦硅酸銀棉織物(b)對亞甲基藍溶液的降解率

由圖6可知，隨著重復(fù)利用次數(shù)的增加，負載焦硅酸銀棉織物對亞甲基藍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80%左右。因此，負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 負載焦硅酸銀棉織物對亞甲基藍溶液不同重復(fù)次數(shù)的降解率

3 結(jié)語

采用原位沉積法成功制備了負載焦硅酸銀自清潔棉織物。在可見光照射下，負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。