环境友好型纳米氧化钛/功能碳纳米管复合材料的制备及其海洋防污机制研究

海洋微生物腐蚀破坏海洋设施，给海洋经济带来巨大的损失，研究满足未来海洋资源开发的新材料已非常迫切。自国际海事组织决定全面禁止使用有机锡防污剂以来，探索研究长效稳定的环境友好型防污涂层新材料成为当前海洋防污研究的主要方向和热点。本项目巧妙地将一类广谱高效且环境友好的金属铜锌有机化合物与改性碳纳米管通过化学键接合，得到具有生物活性的功能碳纳米管，借助多巴胺分子在碳纳米管表面的自聚合能力，强化纳米氧化钛在碳纳米管表面的附着, 形成一种防污新材料- - 氧化钛包覆的功能碳纳米管。这种新型抗腐蚀防污剂借助纳米技术手段实现氧化钛/功能碳纳米管在涉海金属表面的亲水亲油调控，既能增加涂层的机械性能和杀菌防污能力，又能减缓金属有机化合物在海水中的释放速度进而增加防污剂的长效性，且构筑的低表面能疏水涂层又可减少海藻、藤壶和微生物分必物等海洋生物体的附着，达到杀菌和低表面能防污作用的双重有机结合。

本项目采用溶胶–凝胶法与溶剂热法相配合的方法在一定温度下制备氮铬和钒氮掺杂TiO2粉末。利用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、和紫外–可见光光度计（UV-Vis）等手段对各样品进行表征。测试结果表明，共掺杂使二氧化钛的粒径减小，且此样品在紫外区和可见光区最佳的掺杂均有效提高光催化性能。.采用共价接枝的方法制备了碳纳米管接枝羧甲基壳聚糖复合材料，在此基础上利用羧甲基壳聚糖分子中含有的羧基及部分未反应的氨基、羟基等活性基团，分别引入铜、锌等金属离子，制备出碳纳米管接枝羧甲基壳聚糖金属配合物纳米复合材料。傅立叶红外光谱和透射电镜观察证明了羧甲基壳聚糖在碳管表面的包覆。电导率测试研究发现碳纳米管的存在对金属离子在环境中的释放起到了很好的缓释作用。抑菌性测试表明，所制备的碳纳米管-羧甲基壳聚糖(MWNT-cmCs)、碳纳米管-羧甲基壳聚糖铜配合物(MWNT-cmCs-Cu)、碳纳米管-羧甲基壳聚糖锌配合物(MWNT-cmCs-Zn) 对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌都表现出了一定的抑菌性能，且抑菌性MWNT-cmCs-Cu＞MWNT-cmCs-Zn＞MWNT-cmCs，对金黄色葡萄球菌的抑菌活性更强。.选用双-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物(BTESPT)为研究对象，用浸渍法在304不锈钢表面制备了BTESPT/TiO2硅烷复合膜、BTESPT/ MWCNT和BTESPT/TiO2/ MWCNT硅烷复合膜，借助动电位极化技术和电化学阻抗技术测试了不同复合膜在海水中的耐蚀性能。动电位极化曲线和电化学阻抗分析结果表明，BTESPT/MWCNT硅烷复合膜比BTESPT/TiO2硅烷复合膜具有更好的电化学稳定性和耐腐蚀性能；BTESPT/TiO2/MWCNT硅烷复合膜在海水中的耐蚀性能相比单一添加有了明显的提高。由于TiO2和MWCNT在海水环境中会优先腐蚀，MWCNT的加入对TiO2颗粒有很好的稳固作用，同时对于增加膜的致密性，阻止腐蚀介质的浸入有很大的帮助。发表论文13篇，被SCI和EI收录10篇，申请国家发明专利2项，获得国家海洋创新成果一等奖1项。