Ag+摻雜TiO2薄膜在304不銹鋼上的制備及其抗海水腐蝕性能研究.pdf

1、隨著海洋開發(fā)時(shí)代的迅速發(fā)展，海洋資源開發(fā)、海上運(yùn)輸、海港和海防建設(shè)等領(lǐng)域都需要大量的專用防腐材料和表面防護(hù)技術(shù)。傳統(tǒng)的防腐蝕措施存在有毒污染、損耗大、壽命短、成本高等缺點(diǎn)，金屬材料海水腐蝕尤其是微生物腐蝕問題是當(dāng)今亟待解決的課題。因此，研究新材料的制備科學(xué)和工藝技術(shù)、失效機(jī)制，探索未來海洋開發(fā)所需求的新型抗微生物腐蝕材料模型對(duì)于海洋開發(fā)有著重要的戰(zhàn)略意義。
　　 納米TiO2涂層應(yīng)用于鋼鐵基體防腐蝕與電鍍犧牲性金屬一樣相當(dāng)于陰極

2、保護(hù)，光照射下可產(chǎn)生光生電子與空穴，生成的電子注入鋼鐵基體使其電極電位降低至不發(fā)生腐蝕的陰極保護(hù)區(qū)，達(dá)到防止海水腐蝕的目的。納米TiO2以其催化性能優(yōu)良、化學(xué)穩(wěn)定性好、無毒、成本低、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)倍受青睞，成為當(dāng)前最有應(yīng)用潛力的光催化劑之一。但是T1O2的光生電子和空穴容易發(fā)生復(fù)合，光催化效率低，只能在紫外區(qū)顯示光化學(xué)活性，抗腐蝕和殺菌效果較弱。為了擴(kuò)展其光源范圍，提高光催化殺菌活性，將光催化抗菌劑與銀離子溶出型抗菌劑復(fù)合，使之既可以

3、有效防止TiO2光催化時(shí)電子-空穴對(duì)的復(fù)合，能在較強(qiáng)的光照下進(jìn)行光催化殺菌，同時(shí)又在黑暗中發(fā)揮銀離子本身優(yōu)異的殺菌能力，獲得無機(jī)抗菌劑協(xié)同抗菌作用，為金屬在海洋環(huán)境中的抗腐蝕研究提供一個(gè)新的思路。
　　 本課題分離提純了致使鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生海水腐蝕破壞的主要厭氧菌種硫酸鹽還原菌(以下簡(jiǎn)稱SRB)，研究了304不銹鋼(以下簡(jiǎn)稱304ss)在富集SRB菌種的海水培養(yǎng)基中的浸泡腐蝕規(guī)律。結(jié)果表明SRB菌種的存在加速了304ss的腐蝕進(jìn)程，引

4、發(fā)全面的孔蝕和坑蝕。
　　 以304ss為研究對(duì)象，利用溶膠-凝膠法獲得TiO2及Ag+摻雜TiO2溶膠(以下簡(jiǎn)稱Ag+/TiO2)，通過浸漬-提拉法和適當(dāng)?shù)臒崽幚磉^程，同時(shí)探索制備溶膠的最佳工藝條件，在304ss表面獲得致密、均勻的TiO2薄膜和Ag+/TiO2薄膜。各項(xiàng)測(cè)試如TG-DTA、XRD、SEM及EDS等表明，TiO2薄膜為銳鈦礦型晶型結(jié)構(gòu)：薄膜中一部分Ag+與Ti4+形成了Ag-O-Ti結(jié)構(gòu)，Ag-O-Ti結(jié)構(gòu)可能

5、會(huì)抑制二氧化鈦晶粒的正常生長(zhǎng)；另一部分則以銀納米團(tuán)簇的形式均勻彌散在TiO2微晶之間。紫外可見吸收光譜測(cè)試表明，銀離子的摻雜拓寬了TiO2的光響應(yīng)范圍，吸收峰發(fā)生顯著紅移，光吸收強(qiáng)度相應(yīng)增強(qiáng)。當(dāng)有紫外光照射時(shí)，Ag+/TiO2/304ss電極在海水介質(zhì)中的開路電位下降幅度超過TiO2/304ss電極的兩倍，Ag+/TiO2薄膜的光電轉(zhuǎn)化性能較純TiO2薄膜顯著提高。測(cè)試結(jié)果表明，TiO2薄膜和Ag+/TiO2薄膜均可使金屬基體處于陰極保

6、護(hù)狀態(tài)而免受腐蝕，后者較前者保護(hù)作用顯著增強(qiáng)。
　　 采用最大可能計(jì)數(shù)(MPN)法分別對(duì)TiO2和Ag+/TiO2進(jìn)行可見光條件下殺菌測(cè)試。結(jié)果表明，后者殺菌率達(dá)到97％，高出前者11.7％，說明微量Ag+的摻雜即顯著提高了TiO2薄膜的殺菌性能。分析認(rèn)為，銀離子對(duì)TiO2具有協(xié)同增強(qiáng)殺菌效果。
　　 使用電化學(xué)方法研究304ss電極、TiO2/304ss電極和Ag+/T1O2/304ss電極在富集SRB菌種的海水培養(yǎng)基