二氧化钛光催化研究进展及应用* yd14721
尹荔松沈辉中南大学信息院，长沙410075; 中科院广州能源研究所，广州510070
*中科院百人计划资助项目和长沙铁道学院基金资助项目 E.mail: yinlisong@https://www.doczj.com/doc/f412242954.html,
原载: 材料导报2000/12;23-25
【摘要】综述了二氧化钛光催化研究的国内外进展及发展概况，并就其光催化机理、载体形式、应用等方面做了概述。
【关键词】二氧化钛光催化
0 引言
二氧化钛是一种应用广泛的半导体材料，它因成本低、稳定性好、对人体无毒性，并具有气敏、压敏、光敏以及强的光催化特性而被广泛应用到传感器、电子添料、油漆涂料、光催化剂以及其它化工原料等[1-3]，国内外很多科技工作者投身到二氧化钛的研究开发之中，每年都有大量论文报道。80年代末以来人们在纳米二氧化钛的制备工艺和性能研究方面做了大量工作。特别是在利用二氧化钛光催化降解污水等方面取得了一定成果，本文就二氧化钛在光催化方面的研究现状做一综述，并就其应用前景的提出几点看法。
1 发展概况
自从1997年Frank S N等在光催化降解水中污染物方面做了开拓性的工作并提出将半导体微粒的悬浮体系应用于处理工业污水以来，光催化研究日益活跃[4]，二十几年来，人们对光催化机理研究做了大量探讨，弄清楚了半导体光催化剂的作用原理。在材料选择及制备方面也经历了由盲目性到目标明确、由简单到复杂，由单一到复合的过程，Frank S N等提出将半导体微粒的悬浮体系应用于处理工业污水以后，二氧化钛光催化研究大体经历了如下几个阶段：
首先是1977年Frank S N与其合作者Bard等选定了利用Ti02、SnO2、WO2、ZrO2、ZnO、CdS等单一半导体化合物做光催化剂，发现这些半导体微粒在紫外波段具有一定的光催化特性，而二氧化钛因其稳定性好、成本低、光催化活性强、对人体无害等性质而最具应用前景，于是科技工作者围绕二氧化钛的光催化特性研究展开了大量的实验，但具有光催化特性的n-TiO2是一种禁带宽度为3.2eV的宽禁带半导体，其光催化特性仅限于紫外波段。而太阳光主要分布在0.25～2.5μm范围内，在这个波段紫外光仅占2%左右，因而二氧化钛直接利用太阳光进行光催化分解的效率较低。
其二是将二氧化钛与其它半导体化合物复合，形成复合型半导体。以改变其光谱响应。Vogel R等将窄禁带的半导体CdS引入竟禁带半导体二氧化钛形成复合半导体光催化剂[5]。由于两种半导体的导带、价带、禁带宽度不一致而发生交迭，从而提高晶体的电荷分离率，扩展二氧化钛的光谱响应，Sukharev V等将与二氧化钛禁带宽度相等的半导体ZnO(Eg=3.2eV)引入与二氧化钛复合[6]，因复合半导体的能带交迭而使其光谱响应得到显著改善，BedJaI，Do Y R等对TiO2／A12O3，TiO2／SiO3，TiO2／SnO2，TlO2／WO3等的复合做了系统研究[5，7-10]，这种二氧化钛的复合半导体的光谱响应范围可扩展至可见光波段，催化活性更高。
其三是掺杂金属改性。利用杂质离子来改变半导体中电子和空穴的浓度，在光照作用下，因掺杂引起的电子跃迁的能量要小于禁带宽度E k，而且掺杂电于浓度较大，故其光谱响应向可见光方向移动。Choi等系统的研究了过渡金属掺杂二氧化钛的光催化特性[11]，并对其掺杂改性机理做了探讨，认为光化波段扩展主要归因于杂质在能级结构中形成的亚能级，亚能级的形成使得光激发需要的能量小于E k，从而引起吸收边的红移，Ohtani B，Wu Yue，Rufus l B，Papp J等利用贵金属沉积法在二氧化钛表面沉积Pt、Au、Ru、Pd等贵金属，可以大大
提高二氧化钛的光催化活性[12-15]。岳林海等利用稀土元素在二氧化钛中进行掺杂改性，也取得了一些结果，但其光催化反应须在高压汞灯下进行，不符合节能原则[16]。另外，在复合半导体光催化剂或杂质改性二氧化钛光催化剂中再担载一些贵金属，将对二氧化钛的光催化产生进一步的影响，目前担载的贵金属主要有Pt，Ru等。
其四是利用有机染料对二氧化钛改性，基于光活性染料吸附于光催化剂表面的性质，在二氧化钛中加入一定量的光敏染料，以扩大其激发波长范围，增强光催化反应效率，在光催化反应过程中，一方面这些有机染料在可见光下有较大的激发因子，另一方面染料分于可以提供电于给宽禁带的二氧化钛，从而扩大激发波长范围，改善光催化反应效应，常用的有机染料敏化剂有硫堇、曙红、叶绿素、Ru(byp)32+、赤藓红B等[17-19]，另外Uchihana等认为表面衍生及表面螯合作用能影响半导体的能带位置，对半导体的光催化活性影响很大[20]；沈伟韧等认为量子化的TiO2粒子也对其光催化作用产生影响，纳米级的TiO2粒子颗粒越小，表面积越大，越利于光催化反应在表面进行，反应速率和效率越高[21]，
目前，国外在直接利用太阳光进行光催化方面，取得了较大进步，国内陈士夫等也进行了这方面的研究[22]，但国内大多研究者仍然采用强紫外光灯具或高压汞灯做光催化源[23-25]，能量消耗大，灯具对人体的刺激损伤亦很大，随着人类社会的发展和进步，环境污染同题和能源问题已成为困扰人类的两大难题，综合考虑能源问题和环境污染问题，将是光催化研究的发展趋势，直接利用太阳光能替代紫外灯和高压汞灯，通过改性掺杂，使TiO2在整个太阳光波段有很好的光谱响应和强的光催化活性，将是科学工作者研究的新方向。
2 光催化反应机理
工业生产中制备的TiO2微粉多为微米级，其锐钛矿向金红石相转变温度在900℃以上，金红石相结构稳定，不具有光催化活性，锐钛矿相的光催化活性较明显。纳米级的TiO2，在600℃附近已发生锐钛矿相向金红石相转变[26]，因其粒子尺寸小，比表面积大而出现传统钛白粉不具有的奇异性能，纳米粉晶的红外振动吸收峰同时发生红移和蓝移[27]，其薄膜随粒子尺寸的减小发生紫外吸收边的红移，表现出量子尺寸效应[28]；我们研究发现，纳米级锐钛矿相TiO2的光催化作用明显强于传统的钛白粉，同时纳米级TiO2金红石相也显示出光催化作用。
当光照射在TiO2晶粒表面时，能量大于或等于3.2eV的光子可澈发价带电子向导带跃迁，形成电子空穴对。其光催化机理可用下面系列反应方程表示：
半导体光催化反应的能力由其能带位置及被吸附物质的还原电势所决定，同时也与晶体结构、品格缺陷、晶粒尺寸分布、品面状态以及制备方法等诸多因素有关，其光谱响应与禁带宽度有关[21]，TiO2因其较宽的禁带宽度，只有波长较短的紫外光线才能激发其电子跃迁，产生光催化作用，而波长较长的可见光和红外光不能使之具有光催化效应。传统钛白粉已不能满足充分利用太阳能光催化作用的需要，必须探索新的途径，改变其光谱响应和光催化能力，才能适应社会需求，掺杂金属改性，或多种半导体氧化物复合，以及利用染料敏化等都
在一定程度上提高了TiO2的光催化能力，拓宽了其光谱响应范围，为更进一步充分利用太阳能进行环境污染治理，做了充分的理论基础，积累了相当重要的实践经验。
3 光催化赋形形式及载体形式
前期的研究多直接采用TiO2粉末作光催化剂，在催化工业污水，降解海、江、河、湖等水面油层污染等方面有一定作用，但回收存在困难，TiO2的利用率不高。近期有采用薄膜的，即将TiO2在玻璃、陶瓷或金属等基底上制成薄膜状，提高了TiO2的利用次数。
魏宏斌等采用溶胶凝胶法在玻璃纤维上形成TiO2锐钛矿型薄膜[29]，孙尚梅等采用溶胶凝胶法在短玻璃管表面形成锐钛矿型TiO2薄膜[30]，陈士夫等则在空心玻璃球表面形成TiO2薄膜[28]，这类附载玻璃形成TiO2膜在处理工业废水，降解农药等方面显示出较好的光催化能力，而且避免了TiO2的浪费和二次回收困难等问题，另外，也有将TlO2附载在海砂、陶瓷或金属上进行光催化降解的。这一类TiO2光催化装置比较简单，不能连续工作，效率较低，常称为间歇式光催化反应器。还有一类比较复杂的光催化装置，能连续不断的进行光催化分解，称为连续式光催化反应器。王恰中等制备了流动式太阳光平板型光催化反应系统，其大的光吸收面和对太阳光的自动跟踪能力，大大提高了对太阳光的吸收能力，光催化作用较好，其最大缺陷是其系统中的循环泵需消耗能量，不符合节能原则[31]。
4 应用
4，1 污水处理方面的应用
(1)有机污染物及耙药的光催化降解
TiO2光催化反应实质是将难降解的有机污染物和农药残留物通过光催化反应降解为CO2、H2O以及小分子无机物，从而实现净化污水的功能。
何进等研究了掺银TiO2薄膜在汞灯光照下分解二卡基石风溶液[32]，王怡中等研究了平板构型二氧化钛膜在太阳光下对甲基橙降解脱色[31]，颜如秀等研究了二氧化钛粉末和薄膜对敌敌畏的光催化降解[25]，都取得丁较好的结果。另外，二氧化钛在催化降解三氯甲烷、三氯乙烯水面油层，亚甲基蓝等都较明显。总之，二氧化钛可以广泛应用于染料废水、农药废水、表面活性剂、氯化物、氟里昂以及含油废水等的光催化降解上。
(2)无机污染物的光催化降解
利用二氧化钛催化剂的强氧化还原能力，可以将污水中汞、铬、铅以及氧化物等降解为无毒物质。
Frank等研究了二氧化钛降解将毒性极强的CN-氧化成无毒的CO2，N2和NO3-。M-yaka 等在悬浮二氧化钛体系中将Cr2O72-还原为Cr3+。另外，二氧化钛还可以对城市汽车尾气中的有害成分SO2、H2S、NO和NO2等进行光催化降解。
4，2 光催化抗菌方面应用
二氧化钛的抗菌特性是基于其光催化反应使有机物分解的性质，TiO2在光照条件下，产生电于和空穴，电于和空穴又与空气中的O2和H2O分子作用产生·OH、·O2-、H2O2等。其中空穴、·OH、H2O2等有强氧化能力，可以抑制病菌的生长。当前，纳米TiO2抗菌材料已引起人们的普遍关注。纳米TiO2以其优异的光催化抗菌能力而在家电制品、日用品、建筑材料、纤维制品、文具、玩具以及医药卫生等方面显示出广阔的应用前景。
日本开发了主要成分为SiO2-TiO2和银铜离子的农田抗菌剂，用于土壤中，对细菌的抑制性强，东京大学藤岛昭等将TiO2在玻璃上成膜后发现对大肠杆菌有强的杀伤力，日本1997年在荧光灯表面涂了光催化杀菌灯TiO2，该灯能自动分解灯表面油污，还具有除臭功能，另外，TiO2新型抗菌催化材料在室内空气净化及城市空气净化、纺织工业、抗菌建筑及抗菌涂料等方面都将会有很多应用，日本在抗菌材料及制品方面远远走在中国的前面，我们要在这方面加大投资力度，组织人力物力，研究出属于中国知识产权的产品来。
4.3 其它方面应用
Sclafani A等[33]利用TiO2的光催化反应将+4价的金属Pt离于逐步还原成具有催化能力的单质金属微粒。其它金属如Pd、Au、Ag等均可由相应的盐溶液借助TiO2的光催化反应得到相应金属单质微粒。这为贵金属的回收提供了新的思路，Tada[34]等利用TiO2微粒的光催化作用使纯1，3，5，7-四甲基环四氧硅烷开环聚合，在催化剂表面形成了聚甲基氧硅烷，这为光催化在有机合成方面的应用开了先河，在无机合成方面，1972年日本学者FuJishina 且等首次报道用Ti02光催化离解水产生出氢气以来。在世界范围内引起轰动，如能提高光催化反应的转化效率，则可望直接利用太阳能催化分解水得到清洁高效的氢能，可以解决人类社会的能源危机，另外TiO2的光催化特性在太阳能电池等方面亦有广泛的应用前景。
5 结束语
中国是钛矿储量大国，丰富的钛资源为应用提供了廉价原料，TiO2的光催化应用研究随着环境污染问题的治理深入将尤为重要，从节能方面和充分利用太阳光方面考虑，作催化剂用的TiO2应摈弃使用高中压汞灯、强紫外灯做催化光源而直接利用太阳光，另一方面要提高光催化反应速率和提高反应效率，对TiO2的改性和对太阳光的充分利用要结合起来，通过多种形式的改性，使TiO2的光谱响应范围远远超出紫外波段，扩展到可见光和红外波段。在应用方面，要同时兼顾降解污染物和杀菌抗菌两大功用，开发出更多更好的产品出来，服务于人民的身体健康和环境治理，通过改性提高TiO2的光催化反应速率和提高反应效率，对于充分利用太阳能资源，以及在太阳能光电转换、太阳能离解水制氢等方面都将对人类社会的生活带来重大影响；清洁无尽的太阳能电池和清洁的氢能可解除人类的能源危机和环境污染。
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二氧化钦基光催化抗菌材料的研究进展
引言随着科技进步与健康卫生意识的加强,抗菌材料研发越来越受到科技界和产业界的广泛关注。抗菌材料主要是通过添加抗菌剂来达到抑制、杀灭细菌的目的。
近年来对抗菌材料的要求也从最初主要追求杀菌效果转变为在高杀菌活性的同时要求具环境友好特性。
人类使用最早的有机抗菌剂由于抗菌谱较窄,分解物与挥发物对人体有害,容易产生微生物药性,耐热、耐候性较差等缺点,在很多场合限制了其使用。
20 世纪80 年代开始研发的新型无机类抗菌剂,具有耐热、持久、连续性和安全性高等优点; 主要包括离子型及以二氧化钦为代表的光催化型抗菌剂两大类。离子型抗菌剂主要是将具有抗菌作用的金属离子负载于一定的载体上,通过缓慢释放金属离子发挥抗菌作用,但其缺点也较明显,如防霉、抗真菌作用较弱,成本较高,易变色等。
与上述抗菌剂相比较,光催化抗菌剂是目前最具有研究价值与开发前景的无机抗菌剂,二氧化钦光催化抗菌材料是其中的主要代表。自1985年Matsunaga[1]第一次报道利用Pt/Ti()2光催化材料杀灭微生物以来,学者对二氧化钦光催化作用于各种微生物进行了广泛研究,发现其对病毒、细菌、真菌、藻类和癌症细胞等都有很好的杀菌作用[2_4]。其抗菌过程简单描述为: 二氧化钦在大于禁带宽度能量的光激发下,产生的空穴/ 电子对与环境中氧气及水发生作用产生的活性氧等自由基与细胞中的有机物分子发生化学反应.进而分解细胞并达到抗菌目的。此外,这些活性氧基团不仅能迅速、彻底杀灭细菌.还能降解内毒素等「5」细胞裂解产物、其它有机物及化学污染物「6-9」,使之完全矿化,具有其它抗菌剂不可比拟的优点。加1几二氧化钦本身价廉、无毒、化学稳定性好的优势[10],几氧化钦光催化抗菌剂成为受到广泛关注、具有广阔应用前景的环保型抗菌剂本文对其抗菌机理.和为拓展其使用范围、提高杀菌效果所开展的研究工作与进展以及存在的问题等进行了总结、分析与评述。
1 抗菌机理
1.1 活性氧基团的产生及其作用
在大于禁带宽度能量的光照射下.价带电子被激发到导带.形成电子/ 空穴对,经电荷分离后与催化剂表面氧及水分子发生作用.形成过氧化氢、羚基等活性氧基团【11-12】。
光催化杀菌主要是靠催化剂表面所产生的氧化基团,如O2，H2O2,HO.等。3种氧化基团中，基自由基氧化性最强[7-13]。Ireland等[1]4报导在羚基淬灭剂存在时,抗菌材料没有明显的杀菌效果。Sjogren[15] 发现在较低浓度亚铁离子存在下,抗菌活性增强了近200%,这主要是山亚铁离子促进了羚从生成(Fe2++H2O2+＿Fe2++OH+.OH.Fe3++eab-Fe2+)所致。Cho16研究发现.在相同条件下.几氧化钦光催化杀菌过程中,经基数量和埃希氏大肠杆的失活程度具
有很好的线性关系.说明经基是导致细胞失去活性的最主要的氧化基团。Fujushima等17则认为,羟基不能穿透细胞膜,H2O2基团起到了主要的杀菌作用;然而H2O2量很少,必须与其它氧化基团协同才能起杀菌作用。
1.2 细菌失活机理
1988 年Matsunaga等「18」认为细胞死亡过程可能为:辅酶A作为电子给体直接将电子转移到二氧化钦价带上与空穴复合,形成的二聚酶阻止了细胞赖以生存的呼吸作用。
此后.学者发现细胞膜会阻止光催化剂直接与细胞内物质发生作用,因此对抗菌过程中细胞膜的变化过程及作用进行了详细研究。如Saito 等【19】用链球菌为研究对象,以钾离子溶出作为判断细胞膜破裂标准,第一次提出细胞死亡与细胞壁破裂、细胞膜渗透性增强有关的观点。之后,sunada【20】和Lu等[21]也分别用不同测试手段对细胞失活过程做了研究,得出了相类似的结论。此外,Klaus等泣[13]对不同类型菌种进行的抗菌试验发现,其钝化速率与细胞壁结构有直接关系,并认为细胞壁受到攻击是细胞失活的第一步。Maness等[22]报导埃希氏大肠杆菌失活是由细胞壁的油脂膜中不饱和磷脂的过氧化导致,可用丙醛形成作为参数来表征磷脂过氧化引起的膜破坏;提出了细菌正常功能与膜完整性接相关、细胞膜破坏就会导致细胞死亡的结论。sokmen 等[23]研究了降解大肠杆菌中的丙醛形成和降解过程。最近Kiwi[24]用多种磷脂酞乙醇氨进一步研究了细胞膜中磷脂的过化过程。Maness[3]提出油脂过氧化机理,也认为细胞死亡过程首先是细胞壁破坏,然后是细胞质膜受到进攻,引起细胞膜功能紊乱,细胞内物质流出,最后导致细胞死亡。
也有学者提出不同的细胞死亡机理。如Solis等【25】在透射电镜下观察发现,光照时假单胞菌属细胞首先出现畸形分裂,然后细胞壁才失去其原有特征,出现破裂口,形成许多囊泡。据此认为细菌失活可能是在光催化剂作用下造成了细胞的畸形分裂,加上肤聚糖层薄弱或细胞壁上类脂变异等引起细胞壁弱化及破裂而致。
1.3 光催化抗菌最终产物
二氧化钦光催化材料产生多种活性氧基团,尤其是经基自由基具有高氧化活性,不仅能抑制、杀灭细菌,还能分解细胞裂解产物使之矿化,具有其它有机、无机类抗菌剂所不具备的优势。如Edward 等【26】用14C 同位素跟踪方法测试证明,在光催化剂作用下大肠杆菌最终可被降解矿化为CO2;后来又定量研究了埃希氏大肠杆菌、链球菌、杆状菌、黑曲霉抱子(外有坚固外壳)等在TiO2光催化作用下产生的CO2量[27],发现在相对湿度为50 %时一般菌在24h 后生成的CO2量就达到平衡,为理论值的70 %一90 %,较难氧化的真菌类抱子则需要较长时间,且上述CO2生成过程与细胞失活过程一致。
内毒素是革兰氏阴性菌细胞外层膜的组成成分。内毒素在血液中含量每毫升几微克即能导致非常严重的疾病,因此在医疗器具、制药厂以及医疗器具制造厂等相关领域,内毒素是必须被严格控制的一个指标。Fujishima 等[5]研究了杀灭细胞过程中,抗菌剂对细胞中内毒素的降解作用,发现在光催化剂作用下,随光照时间的延长内毒素浓度逐渐减小。在仅有光线照射下,内毒素浓度则随细菌的失活而逐渐增大;在银系抗菌剂抗菌过程中也有类似现象。
2有效利用自然光的研究
二氧化钦抗菌剂虽然具有安全无毒、无二次污染、环境友好等特点,但受其禁带宽度限制, 只能吸收紫外或近紫外波段光能量,对地球表面太阳光能量的利用不到5%。目前二氧化钦抗菌特性研究大多还是在高压汞灯、黑光灯、卤灯等强紫外光源下进行,抗菌过程需要消耗较多光能量,限制了其应用场合。为了充分利用太阳光及室内荧光灯等激发光源,拓展二氧化钦光催化抗菌剂使用场合,需要拓宽其可见光波段光响应的频谱范围.提高光催化过程的量子效率。
2.1 提高量子效率
提高量子效率的主要途径是抑制光生电子与空穴的复合几率,使其有效分离。目前采用较多的是表面贵金属沉积、半导体复合及部分金属离子掺杂等技术。
表面贵金属沉积主要是利用金属较低的费米能级.将二氧化钦导带电子有效地转移,达到抑光生电子与空穴复合的目的【28】,常用的沉积金属有Pt、Pd、Ag和Au等[29]。zhang 等[11]用光照还原法在二氧化钦表面沉积均匀分散的纳米银层,因量子效率增加,在杀灭微球菌的抗菌试验中表现出明显优于未沉积银层二氧化钦材料的抗菌效果。Sokmena等[23]研究发现,将1%银沉积在二氧化钦上可显著缩短完全降解大肠杆菌的时间半导体复合是利用复合半导体的导带电势比二氧化钦低,电子可从二氧化钦导带上转移到复合半导体导带上的机制,阻止其光生电子与空穴的复合,如将SnO2与TiO2进行复合[30-31]。金属离子掺杂主要是在二氧化钦中引人捕获电子和空穴的缺陷,阻止其复合。常用掺杂金属离子主要是过渡金属离子,如Fe3+、Cr3+、Ni2+、Co2+等。Y u等[33]将二氧化钦涂覆于洁净钢板上锻烧后,由于Fe3 +的掺杂,材料的量子效率和光催化活性比涂覆于玻璃基板上的纯二氧化钦有了很大提高,在抗菌实验中也显示出很好的抗菌效果。Amezaga等[34]研究表明.掺杂铜、铝之后材料的杀菌效率也优于纯二氧化钦。
2.2 可见光波段的高效光响应
目前,拓展二氧化钦的可见光响应频谱主要有利用敏化剂的敏化效果,或者通过掺杂引入杂质能级两大类途径,两者均可提高材料在可见光部分的光吸收与响应特性。
敏化主要利用敏化剂在可见光部分对光具有良好响应与吸收的特性,敏化剂受激产生光生电子,再将其转移到二氧化钦导带上。光敏化主要有有机染料敏化与复合半导体敏化两类。Y u等[35]研究了金属酞青染料敏化商品P25 的抗菌效果,用滤去小于420nm波段光的100W 卤灯照射,在光催化剂表面光强为10mw 的条件下经lh 光照的杀菌率为80%左右。Moon[36]研究发现用酸红44 敏化二氧化铁时,同样可增加可见光响应。除此之外,还有许多可敏化二氧化钦的有机光敏化剂[37]。半导体复合敏化则要求所复合的半导体禁带宽度较窄,在可见光部分有良好的吸收,并且导带电势更高,能将电子转移到二氧化铁导带上。目前研究最多的是CdS,而Ho-38了洲则将纳米簇MoS2、WS2与二氧化钦复合,因量子尺寸效应使得MoS2和WS2段禁带宽度变大,导带电势更高,使可见光激发下的光催化效率明显提高。此外,用溶胶一凝胶法制的TiO2(ZnFe2O4)材料在可见光下也有非常好的光催化效果【39】。
掺杂主要有金属离子、非金属离子及复合双掺等途径。金属掺杂离子主要有过渡金属离子【40】。Iketani等【41】研究了用溶胶一凝胶法制备VxTi-xO2,其中五价V 取代钦位置,发现V 加入量为0.01 时,可见光激发效率最高,亲水性也有很大提高。I,i等[42]用溶胶一凝胶法制备WOx-TiO2,掺杂后吸收边红移到可见光范围,抑制了电子和空穴的复合,提高了量子效率。
非金属离子掺杂主要有S、C、N、B 等非金属离子的单掺[43-45]、非金属双掺[46-47]以及非金属与金属的复合双掺等[48]几大类。研究发现,这些非金属离子掺杂都能改变禁带宽度,使吸收边红移,在可见光部分有较高吸收和光催化活性。Y u等[49]做了S 掺杂二氧化钦抗菌试验、发现未掺杂二氧化钦在波长大于420nm 的可见光下几乎没有杀菌效果,而掺S 的二氧化钦在可见光下照射1h 后.细菌死亡率在90%以上。
另外还有其它形式的掺杂,如()hno 等[50」研究发现,通过碳酸盐类的掺杂,可以将吸收边从400nm 拓展到700nm,在大于550nm 波长的可见光下依然有高的催化活性。Martyanov 等[51]用Ti2O3和TiO 作为先驱体,在高温下氧化处理获得二氧化钦,因不完全氧化在结构中形成氧空位,减小了禁带宽度,增加了其对可见光的吸收。
3 黑暗条件下提高抗菌效果的研究
光催化抗菌剂一般必须在光激发下才能发挥作用,为了使其在无光条件下如夜晚能够继
续发挥抗菌作用,就需要将其与其它材料进行复合。研究较多的有两种复合技术:一种是与离子型抗菌剂的复合,另一种是与储能材料的复合。
3.1 二氛化钦与离子型抗菌剂的复合
这种复合是利用金属沉积或掺杂技术,在光照作用下由于金属的协同作用可以提高其光催化活性,在晚上时利用金属离子的抗菌作用持续保持抗菌效果。Sunada等[52]研究了将铜沉积在二氧化钦表面上的抗菌特性,发现在黑暗中或较弱光线下仍有抗菌特性;在光照作用下,两者由于协同效应其抗菌作用效果更强。Keleher等[53]用还原法将银沉积在二氧化钦上,并在无光条件下比较了银金属和硝酸银的最小抑菌浓度,发现二氧化钦只作为载体时,银负载在二氧化钦上的抑菌浓度只比硝酸银略低。刘学峰等山」发现利用浸渍法制备的纳米Ce/TiO2抗菌剂在黑暗中也具有优异的抗菌性能,认为是溶出饰离子在起主要的作用。
3.2 二氧化钦与储能材料的复合
二氧化钦与储能材料复合的基本原理是:在光照下,储能材料将二氧化钦产生的还原能储存起来,在没有光源时重新释,产生活性氧基团,持续保持杀菌特性。
研究较多的是与WO3的复合【55-58】,在光照作用下,二氧化钦价带上的电子被激发到导带上,由于氧化钨的导带电势更负,电子从二氧化钦导带上转移到氧化钨导带上,氧化钨和电子以及由空穴和水生成的质子结合生成钨酸,将这部分还原能储存;在黑暗中,钨酸重新分解,释放出的电子和质子与氧气结合生成H2O2认等活性氧基团。反应方程式如下[55-57]: TiO2----UV----TiO2.(e-+h+)
2H2O+4h+----O2+4H+
WO3+xe-+H+===HxWO3
O2+2H++2e-----H2O2
Tatsuma等【57】在相对湿度为100%的抗菌实验中发现，充电之后这种复合材料在无光照下6h的细菌平均存活率为25%。虽然抗菌效果不是很好,但至少可在晚上有效抑制细菌的分裂增殖,存活的细菌可在白天较强光线下杀灭。研究认为,无光作用下主要是由产生的H2O2杀菌。另外还有关于TiO2-MoO3储能材料的报导[59],与氧化钨相比.其储存电量和放电电量都较大,但放电持续时间比较短,目前还没有看到有关其抗菌方面的相关报导。
4 结束语
二氧化钦光催化材料在抗菌及环境卫生方面所展现出来的优良特性使其具有广的应用前景。虽然在二氧化钦的抗菌机理、材料制备及抗菌应用方面已经进行了较深入的研究.
而且对充分利用可见光能量、或无光照条件下提高抗菌效果的研究也取得了一些成果,但目前这类材料的大规模实用还存在许多问题。为了提高这类材料的使用性能,作者认为从基础研究角度应该关注以下几方面的研究。
(1) 二氧化钦基抗菌材料的抗菌机理研究还处于起步阶段,尚未有较成熟的经典理论可用来完整地解释抗菌作用方式及作用过程,并为材料制备与性能优化提供理论依据。
(2) 二氧化铁抗菌剂在实验室条件下表现出优良杀菌效果,但因对光源有较严格要求,使其应用受到很大的限制。提高量子效率及获得优良可见光响应特性的研究一直以来都是研究者关注的热点,虽然也有不少重要进展,但目前来说对自然光利用率还不高,尚不能在自然光下实现高效率杀菌的目的。
(3) 能否在黑暗中实现二氧化钦的高效杀菌作用,使抗菌不再受光源条件限制,拓展其使用范围也是一个值得关注的研究方向。目前研究结果表明,与储能材料复合后的量子效率比较,且能量储存过程会钝化抗菌材料在光照条件的杀菌效果。因此目前还不能获得在光照条件(白天)和无光照条件(夜晚)下均有良好杀菌作用的材料。为实现这一目标,除提高储能材料的性能之外,关键还要解决二氧化钦自身在量子效率及对可见光响应/ 吸收方面存在的问题。
参考文献
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4Blake D M,Maness PC,Huang Z,et al.Separation and Purification Method,1999,28 （1）：1 5Kayano Sunada,Y oshihi K
编辑本段
编辑本段应用特性 纳米TiO2的功能及用途 纳米TiO2具有十分宝贵的光学性质，在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。纳米TiO2还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性，且完全可以与食品接触，所以被广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业中。 2.1.杀菌功能 在紫外线作用下，以0.1mg/cm3浓度的超细TiO2可彻底地杀死恶性海拉细胞，而且随着超氧化物歧化酶（SOD）添加量的增多，TiO2光催化杀死癌细胞的效率也提高；用TiO2光催化氧化深度处理自来水，可大大减少水中的细菌数，饮用后无致突变作用，达到安全饮用水的标准。在涂料中添加纳米TiO2可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料，可应用于医院病房、手术室及家庭卫生间等细菌密集、易繁殖的场所，可有效杀死大肠杆菌、黄色葡萄糖菌等有害细菌，防止感染。因此，纳米TiO2能净化空气，具有除臭功能。 1）纳米二氧化钛抗菌特点： 1 对人体安全无毒，对皮肤无刺激性。 2 抗菌能力强，抗菌范围广。 3 无臭味、怪味，气味小。 4耐水洗，储存期长。 5热稳定性好，高温下不变色，不分解，不挥发，不变质。
6即时性好，纳米二氧化钛抗菌剂仅需1h就能发挥效果，而其他银系抗菌剂效果则需约24h。 7纳米二氧化钛是一种永久性维持抗菌效果的抗菌剂。 8具有很好的安全性，科用于食品添加剂等，与皮肤接触无不良影响。 2）纳米二氧化钛的抗菌原理： 纳米二氧化钛在光催化作用下使细菌分解而达到抗菌效果的。由于纳米二氧化钛的电子结构特点为一个满 TiO2的价带和一个空的导带 ,在水和空气的体系中 , 纳米二氧化钛在阳光尤其是在紫外线的照射下 ,当电 子能量达到或超过其带隙能时 ,电子就可从价带激发到导带 ,同时在价带产生相应的空穴 ,即生成电子、空穴对 ,在电场的作用下 ,电子与空穴发生分离 ,迁移到粒子表面的不同位置 ,发生一系列反应 : TiO2 + hν e —— + h H2O + h——·OH+ H O2 +e——O2 · O2 ·+ H——HO2· 2HO2· —— O2 + H2O2 H2O2 +O2 · ——·OH+OH +O2 吸附溶解在 TiO2 表面的氧俘获电子形成O2 ·, 生成的超氧化物阴离子自由基与多数有机物反应(氧化) ,同时能与细菌内的有机物反应 ,生成CO2和 H2O;而空穴则将吸附在 TiO2 表面的 OH 和H2O氧化成·OH,·OH 有很强的氧化能力 ,攻击有机物的不饱和键或抽取 H原子产生新自由基 ,激发链式反应 ,最终致使细菌分解。 TiO2 的杀菌作用在于它的量子尺寸效应 ,虽然钛白粉(普通 TiO2)也有光催化作用 ,也能够产生电子、空穴对 ,但其到达材料表面的时间在微秒级以上 ,极易发生复合 ,很难发挥抗菌效果，而达到纳米级分散程度的TiO2 ,受光激发的电子、空穴从体内迁移到表面 ,只需纳秒、皮秒、甚至飞秒的时间 ,光生电子与空穴的复合则在纳秒量级 ,能很快迁移到表面 ,攻击细菌有机体 ,起到相应的抗菌作用。 惠尔牌纳米二氧化钛具有很高的表面活性，抗菌能力强，产品易于分散。经试验表明，惠尔牌纳米二氧化钛对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌和曲霉菌等具有很强的杀菌能力，已广泛应用于纺织、陶瓷、橡胶、医药等领域的抗菌产品，深受广大用户的欢迎。 3）国内外对纳米二氧化钛抗菌性的研究及应用实例 1 农田抗菌剂：日本开发了一种新型无菌杀菌剂。其主要成分为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和银、铜等离子，可用于土壤中，对所有的细菌都有很强的抗菌性。改杀菌剂是陶瓷类微量混合金属离子，并在含有相同离子的催化剂作用下，具有使土壤中的氧活化之功能，该功能能持续时间长达2-5年。
二氧化钛的化学性质 化学性质 二氧化钛无毒，化学性质很稳定，常温下几乎不与其他物质发生反应，是一种偏酸性的两性氧化物。与氧、硫化氢、二氧化硫、二氧化碳和氨都不起反应，也不溶于水、脂肪酸和其他有机酸及弱无机酸，微溶于碱和热硝酸，只有在长时间煮沸条件下才能完全溶于浓硫酸和氢氟酸。 其反应方程式如下： TiO2 + 6HF = H2TiF6 + 2H2O TiO2+ 2H2SO4 = Ti(SO4)2 + 2H2O TiO2+ H2SO4 = TiOSO4 + H2O 其溶解速度与水合二氧化钛的煅烧温度有关，煅烧温度越高溶解速度越慢。为了加速溶解，可在硫酸中加入硫酸铵、碱金属硫酸盐或过氧化氢。这是因为硫酸铵等的加入，使硫酸的沸点增高，加速了二氧化钛的溶解。 与酸式硫酸盐（如硫酸氢钾）或焦硫酸盐（如焦硫酸钾）共熔，可转变微可溶性的硫酸氧钛或硫酸钛： TiO2+ 2KHSO4 = TiOSO4 +K2SO4 + H2O TiO2+ 4K2S2O7 = Ti(SO4)2 +4K2SO4 + 2SO3 能熔于碱，与强碱（氢氧化钠、氢氧化钾）或碱金属碳酸盐（碳酸钠、碳酸钾）熔融，可转化为可溶于酸的钛酸盐： TiO2 + 4NaOH = Na4TiO4 + 2H2O 在高温下，如有还原剂（碳、淀粉、石油焦）存在，二氧化钛能被氯气氯化成四氯化钛，其反应方程式如下： TiO2 +2C +2Cl2 = TiCl4 + 2CO 这个反应就是氯化法生产钛白粉的理论基础，但是此反应若无还原剂混配，即使在1800℃下，也不会与氯气发生氯化反应。同样二氧化钛与氯化硫蒸汽共热，或与COCl2、CCl4、SiCl4、POCl3等作用，也能被氯化成四氯化钛。 二氧化钛在高温下可被氢、钠、镁、铝、锌、钙及某些变价元素的化合物还原成低价钛的化合物，但很难还原成金属钛。如将干燥的氢气通入赤热的二氧化钛，可得到Ti2O3；在2000℃、15.2MPa的氢气中，也只能获得TiO，但是若将金红石型钛白粉喷入等离子室中，则可与氢气反应而被还原成金属钛。反应方程式如下：
水热法合成二氧化钛及研究进展 摘要：水热法合成了不同晶型、形貌、大小和研定形貌的二氧化钛。究了pH值、水热反应温度和水热反应时间对纳米二氧化钛晶型、形貌和晶粒尺寸的影响，对TiO2晶形影响光催化活性的原因进行了探讨。同时从二氧化钛水解制氢、废水处理、空气净化、抗菌、除臭方面介绍了纳米二氧化钛在环境治理方面的应用和发展趋势，并对纳米二氧化钛的制备方法与应用作出展望。 关键词：二氧化钛；晶型；水热法；光催化；制备；应用 纳米二氧化钛(TiO2)具有比表面积大、磁性强、光吸收性好、表面活性大、热导性好、分散性好等性能。纳米TiO2是一种重要的无机功能材料, 可应用于随角异色涂料、屏蔽紫外线、光电转换、光催化等领域，在光催化领域环境治理方面具有举足轻重的地位，可应用在环保中的各个领域，它在环境污染治理中将日益受到人们的重视，具有广阔的应用前景，因此制备高光催化性能的纳米TiO2，拓展纳米二氧化钛的应用也是学者研究的重点。水热法合成纳米TiO2粉体具有晶粒发育完整、粒径分布均匀、不需作高温煅烧处理、颗粒团聚程度较轻的特点。 1.TiO2的制备方法、材料的性能 1.1不同晶型纳米二氧化钛的水热合成 1.1.1实验方法 边搅拌边将2mol·L- 1的四氯化钛水溶液缓慢滴加到115mol·L- 1的氢氧化钠水溶液中，保持30℃反应，生成纳米TiO2前驱体，反应终点的pH值分别控制为110、310、510、810、1110、1210。把纳米TiO2前驱体装入内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中进行水热反应，120℃～200℃反应1h～48h，反应结束后，冷却至室温，产物经过滤和蒸馏水洗至滤液中无Cl-，在100℃下鼓风干燥10h，粉碎后得到不同结构的纳米TiO2 粉体。选择不同的特征峰(金红石型选110面、锐钛矿型选101面，板钛矿型选121面)，根据特征衍射峰的半高宽，利用Scherrer 公式展宽法估算出其晶粒尺寸。 1.1.2研究与开发 1.1. 2.1pH值对纳米TiO2晶型和形貌的影响 在水热反应温度为200 ℃和水热反应时间24 h的条件下。当pH = 1.0时，产
TiO2光催化原理及应用 一.前言 在世界人口持续增加以及广泛工业化的过程中，饮用水源的污染问题日趋严重。根据世界卫生组织的估计，地球上22% 的居民日常生活中的饮用水不符合世界卫生组织建议的饮用水标准。长期摄入不干净饮用水将会对人的身体健康造成严重危害, 世界围每年大概有200 万人由于水传播疾病死亡。水中的污染物呈现出多样化的趋势，常见的污染物包括有毒重金属、自然毒素、药物、有机污染物等。常规的饮用水净化技术有氯气、臭氧和紫外线消毒以及过滤、吸附、静置等，但是这些方法对新生的污物往往不是非常有效，并且可能导致二次污染。包括我国在世界围广泛应用的氯气消毒法，可能在水中生成对人类健康有害的高氯酸盐。臭氧消毒是比较安全的消毒方法，但是所需设备昂贵；而紫外线消毒法需要能源支持，并且日常的维护都需要专业的技术人员；吸附法一般需要消耗大量的吸附剂，使用过的吸附剂一般需要额外的处理。这些缺点限制了它们的应用围，迫切需要发展一种高效、绿色、简单的净化水技术。 自然界中，植物、藻类和某些细菌能在太的照射下，利用光合色素将二氧化碳（或硫化氧）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）。这种光合作用是一系列复杂代反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。光化学反应的过程与植物的光合作用很相似。光化学反应一般可以分为直接光解和间接光解两类。直接光解为物质吸收能量达到激发态，吸收的能量使反应物的电子在轨道间的转移，当强度够大时，可造成化学键的断裂，产生其它物质。直接光解是光化学反应中最简单的形式，但这类反应产率一般较低。间接光解则为反应系统中某一物质吸收光能后，再诱使另一种物质发生化学反应。 半导体在光的照射下，能将光能转化为化学能，促使化合物的合成或使化合物(有机物、无机物)分解的过程称之为半导体光催化。半导体光催化是光化学反应的一个前沿研究领域，它能使许多通常情况下难以实现或不可能进行的反应在比较温和的条件下顺利进行。与传统技术相比，光催化技术具有两个最显著的特征：第一，光催化是低温深度反应技术。光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物等完全氧化二氧化碳和水等产物。第二，光催化可利用紫外光或太作为光源来活化光催化剂，驱动氧化－还原反应，达到净化目的，对净化受无机重金属离子污染的废水及回收贵金属亦有显著效果。 二.TiO2的性质及光催化原理 许多半导体材料(如TiO2，ZnO，Fe2O3，ZnS，CdS等)具有合适的能带结构可以作为光催化剂。但是，由于某些化合物本身具有一定的毒性，而且有的半导体在光照下不稳定，存在不同程度的光腐蚀现象。在众多半导体光催化材料中，TiO2以其化学性质稳定、氧化-还原性强、抗腐蚀、无毒及成本低而成为目前最为广泛使用的半导体光催化剂。 TiO2属于一种n型半导体材料，它有三种晶型——锐钛矿相、金红石相和板钛矿相，板
二氧化钛的化学性质 二氧化钛的化学性质极为稳定，是一种偏酸性的两性化合物。几乎不与其它元素和化合物作用，不溶于水、稀酸、脂肪酸和其它有机酸及弱无机酸，只微溶于氢氟酸，在长时间高温煮沸下能溶于浓硫酸。 光学性质 1.不透明度 二氧化钛具有极高的不透明度，这是优越白色颜料的基本性质。其不透明度主要取决于其折射率和粒度，其光学本质是颜料与周围介质折射率之差造成的。当颜料的折射率与基料的折射率相等时就透明，当两者折射率之差越大，不透明度越高。不透明度与颜料粒度分布有关。 2.折射率 二氧化钛的折射率比金刚石还高，它的光泽和亮度超过金刚石，但硬度比金刚石差，所以其使用价值不高。 3.散射力 光的散射即漫反射，是白色颜料的重要物理性质之一，又是形成白色颜料重要光学效应-----着色力和遮盖力的物理原因。 散射主要包括反射、折射和衍射。光的散射能力R大小与颜料n2和基料n1的折射率关系为： R=[(n2-n1)/(n2+n1)]2 散射力还与粒径与分散性有关。 4.光泽度
物体的光泽度是指物质对投射来的光的反射能力，反射能力超强，光泽度越大。颜料在涂料中的光泽度与其折射率、粒度、分散性有关。 5.耐候性 耐候性是指含有二氧化钛的涂膜暴露在日光下，受光、氧、水、热等的综合作用下，避免变黄、失光和粉化的能力。二氧化钛表面有晶格投降，可吸收405nm以下的光波，将水、氧转变为高度活性的游离基，从而导致有机物降解。 锐钛型二氧化钛的光化学活性比金红石型二氧化钛高10倍。 颜料性质 1.白度 白度综合了色调和亮度二种光学效果。影响二氧化钛白度的主要因素是杂质含量与粒径分布。金红石二氧化钛较锐钛型二氧化钛对杂质的敏感度大得多。如铁含量30ppm时，金红石就显色，而锐钛要大于90ppm时才显色。 由于金红石型钛白粉在蓝光波段有轻微的吸收，产品略带黄相，锐钛略带蓝相。当二氧化钛平均粒径在0.2um左右时，对可见光短波有较强的散射能力，产品带蓝相，当粒径达0.35um左右时，对红光有较强的散射能力，产品带红相。 2.遮盖力 遮盖力又叫盖底力，是指每克颜料所能遮盖单位面积数。遮盖力
1.1纳米材料概述 纳米材料是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间的材料。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，因此其所表现的特性如具有量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等。从而使得熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 纳米材料是20世纪80年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。而现在，纳米材料已经渗透入医药化工、电子计算机和电子工业、环境保护、纺织工业、机械工业等多个领域，展现了其非凡的特性和广阔的发展的前景[1-13]。 二、纳米材料的发现和发展 1861年，随着胶体化学的建立，科学家们开始了对直径为1~100nm的粒子体系的研究工作。 1959年12月29日理查德?费曼（Richard Feynman）在美国物理学会会议上做了题为“在底部有很多空间”的演讲。虽然没有使用“”纳米这个词，但他实际上介绍了纳米技术的基本概念。 1963年，Uyeda用气体蒸发冷凝法制的了金属纳米微粒，并对其进行了电镜和电子衍射研究。 1984年德国萨尔兰大学（Saarland University)的Gleiter以及美国阿贡实验室的Siegal相继成功地制得了纯物质的纳米细粉。Gleiter在高真空的条件下将粒子直径为6nm的铁粒子原位加压成形，烧结得到了纳米微晶体块，从而使得纳米材料的研究进入了一个新阶段。 1974年日本教授谷口纪男（Norio Taniguchi）在一篇题为：“论纳米技术的基本概念“的科技论文中给出了新的名词——纳米（Nano）。 1990年7月在美国召开了第一届国际纳米科技技术会议 （International Conference on Nanoscience&Technology)，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。 自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段： 第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材
颜料级钛白粉在涂料中的作用 涂料是由基料、颜料、填料、溶剂和助剂等组成的黏稠悬浮液。将其涂布在物体表面形成一层坚韧的涂膜，对物体起到装饰和防护的作用。 涂料中的颜料具有一定的遮盖力，它不仅能遮住被涂物面原来的色彩，还能赋于涂膜鲜艳的色彩，达到美观和装饰的作用。同时颜料与固着剂紧密结合，融成一体，能增强涂膜的机械强度和附着力，防止裂纹，并且能增加涂膜厚度，防止紫外线及水分等的穿透，提高涂膜耐老化性能，延长使用寿命。 不论溶剂型还是水性涂料，若使用了钛白粉，其作用不仅仅是遮盖和装饰，更重要的作用是改善涂料的物化性能，增强化学稳定性，以至提高遮盖力、消色力、防腐蚀性、耐光、耐候性，增强漆膜的机械强度和附着力，防止裂纹，防止紫外线和水分的透过，从而推迟老化，延长漆膜寿命。同时还可节省用料和增多品种。 在颜料中，白色颜料用途最广，白色涂料和浅色涂料都要用到它，所以在涂料生产中，白色颜料的用量要比其他颜料多得多。涂料常用的白色颜料有锌白、锌钡白、钛白等。由于有些合成树脂涂料聚合度较大，若加入锌白，则因锌白有碱性，与涂料中的游离脂防酸作用而有变稠的倾向;若加入锌钡白，则耐候性差。但是使用了钛白就可以改善上述缺点。因为钛白粒子细小而均匀，光化学稳定性高，在遮盖力方面，金红石型钛白是锌白的7倍、是锌钡白的5.56倍，锐钛型钛白是锌白的5.57倍、是锌钡白的4.3倍;在消色力方面，金红石型钛白是锌白的8.3倍，是锌钡白的6.25倍，锐钛型钛白是锌白的6.4倍，是锌钡白的4.8倍。在使用效果方面，1t钛白至少相当于4t锌钡白;在使用寿命方面(指室外抗粉化性)，用钛白作颜料的涂层比锌钡白作颜料的涂层高3倍。因此，使用钛白可以大大降低整个涂料中颜料的用量，同时制成的涂料色彩鲜艳、不易泛黄、耐光、耐热、耐磨、耐候、耐碱、耐硫、耐稀酸。正是由于钛白具有比锌白、锌钡白更优越的性能，以至成为涂料生产中必不可少的最好的白色颜料。钛白用量占涂料用颜料总量的90%以上，占涂料用白色颜料的95%以上。在涂料原材料成本中占10%～25%。
纳米TiO2的液相法制备及其研究现状 摘要：作为一种新型的无机材料，纳米TiO2以其稳定的化学性质、催化效率高、无毒、耐腐蚀性强而倍受关注，制备方法主要有气相法、液相法和固相法三大类，重点介绍了纳米TiO2的液相制备法及其研究现状，并对纳米TiO2粉体的应用情况进行了概述。 关键词：纳米TiO2；液相法；研究；应用 0．前言 纳米材料[1]指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料，一般直径在1~100nm之间。由于纳米微粒具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应以及量子隧道效应，从而展现多种特殊性质。而纳米TiO2是纳米材料中的重要一员，包括纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜、纳米块材料和纳米复合材料[2,3]。由于纳米TiO2化学性质稳定、氧化能力强、无毒无害、价格便宜催化能力强而且没有二次污染等诸多优点而在气体净化、抗菌除臭涂料表面自清洁等领域具有特别重要的应用价值和发展前景，因此倍受关注，其开发与制备更是现在研究纳米TiO2的热点之一。 1．纳米TiO2的制备 纳米TiO2粉体的制备方法分为气相法、液相法和固相法。但是液相法是现在最常采用的，主要原因[4,5]在于：气相法中原子移动起来过于自由，容易因为碰撞而改变方向，影响反应的持续高效进行，而在固相法中原子则基本不改变位置，且固相间的反应是通过混合固体颗粒来实现的，这样混合的效果极其粗糙，仍需进一步的细化，但是在液体中自由程度相对比较适中。因此，液相法相比之下更加合理，并且液相法原料来源广泛、设备简单得到的颗粒的活性好。 液相法制备氧化物的基本原理[6]是将可溶于水或有机溶剂的金属盐按化学计量比制备成溶液，然后用沉淀剂或通过水解、蒸发升华等方式使金属离子均匀沉淀或析出，最终经过干燥得到相应的氧化物。对于组分比较复杂的材料同样容易得到均匀的分散性较好的粉末。该法制备TiO2通常有：溶胶-凝胶法（sol-gel）、液相沉淀法（LPD法）、水热合成法、微乳液法。
纳米二氧化钛的应用 纳米二氧化钛作为一种高效、无毒的光催化剂，在环保领域的应用越来越 受到人们的广泛关注和重视。抗菌材料纳米TiO2以其优异的抗菌性能成为开发研 究的热点之一，以期应用于水处理装置、医疗设备、食品包装、建材（如抗菌地砖、抗菌陶瓷卫生设施、抗菌砂浆、抗菌涂料等）、化妆品、纺织品、日用品以及家用电器等各个领域。1、气体净化环境有害气体可分为室内有害气体和大气污染气体。室内有害气体主要有装饰材料等放出的甲醛及生活环境中产生的甲硫醇、硫化氢及氨气等。TiO2通过光催化作用可将吸附于其表面的这些物质分解氧化，从而使空气中这些物质的浓度降低，减轻或消除环境不适感。大气污染气体，主要是由汽车尾气与工业废气等带来的氮氧化物和硫氧化合物。利用纳米TiO2的催化作用将这些气体氧化成蒸汽压低的硫酸和硝酸，在降雨过程中除去，从而达到降低大气污染的目的。在居室、办公室窗玻璃、陶瓷等建材表面涂敷TiO2光催化薄膜或在房间内安放TiO2光催化设备，均可有效地降解污染物，净化室内空气。利用纳米TiO2开发出来的一种抗剥离光催化薄板，可利用太阳光有效去除空气中的NOx气体，而且薄板表面生成的HN03可由雨水冲洗掉，保证了催化剂活性的稳定。2、抗菌除臭抗菌是指纳米TiO2在光照下对环境中微生物的抑制或杀灭作用。TiO2光催化剂对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等具有很强的杀能力。当细菌吸附于由纳米二氧化钛涂敷的光催化陶瓷表面时，2被紫外光激发后产生的活性超氧离子自由基(·O2-)和羟基自由基(·OH)能穿透细菌的细胞壁，破坏细胞膜质，进入菌体，阻止成膜物质的传输，阻断其呼吸系统和电子传输系统，从而有效地杀灭细菌，并抑制细菌分解有机物产生臭味物质(如H2S、SO2、硫醇等)。因此，纳米TiO2能净化空气，具有除臭功能。3、处理有机污水工业污水和生活污水中含有大量的有机污染物，尤其是工业污水中含有大量的有毒、有害的有机物质，这些污染物用生物处理技术很难消除。许多学者对水中有机污染物光催化分解进行了系统的研究，结果表明以TiO2为光催化剂，在光照的条件下，可使水中的烃类、卤代物、羧酸等发生氧化还原反应，并逐步降解，最终完全氧化为环境友好的CO2和H2O等无害物质。4、处理无机污水除有机物外，许多无机物在TiO2表面也具有光学活性，例如无机污水中的Cr6+接触到TiO2催化剂表面时，能够捕获表面的光生电子而发生还原反应，使高价有毒的Cr6+降解为毒性较低或无毒的Cr3+，从而起到净化污水的作用；一些重金属离子如Pt4+，Hg2+，Au3+等，在催化剂表面也能够捕获电子而发生还原沉淀反应，可回收污水的无机重金属离子。5、防雾、自清洁功能TiO2薄膜在光照下具有超亲水性和超永久性，因此其具有防雾功能。如在汽车后视镜上涂覆一层氧化钛薄膜，即使空气中的水分或者水蒸气凝结，冷凝水也不会形成单个水滴，而是形成水膜均匀地铺展在表面，所以表面不会发生光散射的雾。当有雨水冲过，在表面附着的雨水也会迅速扩散成为均匀的水膜，这样就不会形成分散视线的水滴，使得后视镜表面保持原有的光亮，提高行车的安全性。阅读会员限时特惠 7大会员特权立即尝鲜 如果把高层建筑的窗玻璃、陶瓷等这些建材表面涂覆一层氧化钛薄膜，利用氧化钛的光催化反应就可以把吸附在氧化钛表面的有机污染物分解为CO2和O2，同剩余的无机物一起可被雨水冲刷干净，从而实现自清洁功能。 6、抗菌塑料 在日常生活中人们是离不开塑料制品的，如卫生间设施、桌面、垃圾箱、厨房用具、家用电器的塑料外壳、食品包装袋等等，由于温度、湿度合适，非常容易滋生感染细菌。因此!，对此类材料进行抗菌处理是极其必要的。 徐瑞芬等【2】 利用纳米TiO2作为无机抗菌剂，研制抗菌广谱长效的功能塑料。结果表明：采用锐钛矿
南京信息工程大学综合化学实验报告 学院：环境科学与工程学院 专业：08应用化学 姓名：章翔宇 潘婷 袁成 钱勇 2010年6月25号
纳米二氧化钛的制备及性质实验 1、实验目的 熟悉溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛的方法及相关操作； 理解二氧化钛吸附实验的原理和操作； 掌握数据处理的方法 2、溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛 2.1 需要的仪器 恒压漏斗、茄行烧瓶、量筒、移液管、铁架台、磁力搅拌、磁子、冷凝管、温度计、烘箱、研钵 2.2 需要的试剂 钛酸丁酯异丙醇浓硝酸蒸馏水 2.3 实验步骤 1.50ml钛酸丁酯溶16ml的异丙醇中，摇匀（在恒压漏斗中进行） 得到溶液A 2.取200ml 的蒸馏水，加入0.32 ml 的浓硝酸，摇匀（在茄行烧瓶中进行），得到 溶液B 3.将烧瓶固定在铁架台上，进行磁力搅拌，将溶液A 逐滴滴加至溶液B中，使两溶液 缓慢接触，并进行水解反应，得到溶液C 溶液C室温回流，记载下当时的室温 4.回流分若干天进行，保证回流时间不少于48小时，得到溶液D 5.蒸干方式：将溶液D进行水浴加热85度并不断搅拌将水分蒸发干，得E 6.将E放入烘箱100烘干 7.研磨至粉末状； 2.4 实验结果 1、回流分4天进行，总计回流时间50小时，室温为15℃。 2、经研磨，得到白色细粉末状固体。称量得二氧化钛质量为11.233g,理论产量不小于11.785g，损失为产品转移过程中损失。 3、纳米二氧化钛性质实验 3.1 二氧化钛吸附试验 1、仪器：烧杯（500mL），容量瓶（1000mL），样品瓶（6个），电子天平，磨口瓶，超 声波清洗机，玻璃注射器，过滤器，分光光度计 2、试剂：二氧化钛粉末，染料X-3B（分子量615），蒸馏水 3、实验步骤： 1、用电子天平称取60mg染料，配成1000mL的60mg/L溶液（避光保存）。 2、将烧杯润洗后，倒入100ml染料溶液，再倒入称量好的50mg的二氧化钛粉末。 静置后置于超声波清洗机中（70℃超声40分钟，注意避光）。剩余原液取样保存编
二氧化钛的性质、用途和未来发展趋势1.二氧化钛的性质 2.二氧化钛的用途 钛白粉有两种首要结晶形态：锐钛型（Anatase），简称A型和金红石型(Rutile)，简称R型。 漆片工业是钛白粉的熬头大用户，出格是金红石型钛白粉，大部门被漆片工业所消耗。随着中国汽车工业和建筑业发展，漆片工业不仅从数目上需要更多的钛白粉，而且对品种和质量也有更高的要求。用钛白粉打造的漆片，色彩艳丽，遮盖力高，着色力强，用量省，品种多，对媒质的物理稳定性可起到保护作用，并能增强漆膜的机械强度和黏着力，防止裂纹，防止紫外线和水分透过，延长漆膜生存的年限。 分子化合物塑料工业是钛白粉的第二大用户。在塑猜中插手钛白粉，可以提高分子化合物塑料制品的耐热、耐光、耐候性，使分子化合物塑料制品的物理化学机能获得改善，增强制品的机械强度，延长施用生存的年限。 造纸工业是钛白粉第三大用户。钛白粉作为纸张填料，首要用在高级纸张和薄型纸中。在纸张中插手钛白粉，可以使纸张具备较好的白度，光泽好，强度高，薄而平滑，印刷时不穿透，质量轻。造纸用钛白粉一般施用未经表面措置惩罚的锐钛型钛白粉，可以起到荧光增白剂的作用，增长纸张的白度。但层压纸要求施用经过表面措置惩罚的金红石型钛白粉，以满足耐光、耐热的要求。 钛白粉是高级油墨中不可缺乏的白色颜料。含有钛白粉的油墨经久不变色，表面润湿性好，易于分离。油墨行业所用的钛白粉有金红石型，也有锐钛型。 纺织和化学纤维行业是钛白粉的另外一个重要应用范畴。化纤用钛白粉首要作为消光剂。因锐钛型比金红石型软，是以一般施用锐钛型。化纤用钛白粉一般不需表面措置惩罚，
但某些特殊品种为了降低二氧化钛的光化学作用，避免纤维在二氧化钛光催化的作用下降解，需举行表面措置惩罚。 钛白粉在橡胶工业中既作为着色剂，又具备补强、防老化、填充作用。在白色和彩色橡胶制品中插手钛白粉，在日采光射下，耐日晒，不开裂、不变色，且舒展率大及耐酸碱。橡胶用钛白粉，首要用于汽车轮胎和胶鞋、橡胶地板、手套、运动器材等，一般以锐钛型为主。但用于汽车轮胎出产时，常插手绝对是量的金红石型产品，以增强其抗臭氧和抗紫外线能力。 钛白粉在化妆品、食品和医药方儿面的应用也日趋广泛。因为钛白粉无毒，远比铅白优胜，所以各种香粉几乎都用钛白粉来代替铅白和锌白。香粉中只须插手5-8%的钛白粉就能够获得永久白色，使香料更滑腻，有黏着力、接收力和遮盖力。在水粉和冷霜中钛白粉可减弱油腻及透明的觉得。其它各种香料、防晒霜、皂片、白色香皂、剃须膏和牙膏中往往也用钛白粉。在食品和医药施用钛白粉也是利用了它的无毒和高遮盖力等特点。 用钛白粉制得的瓷釉透明度强，具备质量轻、抗打击力强、机械机能好、色彩艳丽、不容易污染等特点。是以，钛白粉在陶瓷、搪瓷中也有至关多的施用。 另外，在电焊条、玻壳及电子方面也有应用。 3.二氧化钛最新研究 3.1纳米二氧化钛粉末及铈掺杂二氧化钛纤维的制备
二氧化钛吸附研究及应用概述 江默语 （昆明理工大学材料科学与工程学院，云南昆明 650093）摘要：近年来，随着理论计算方法的发展和计算能力的提高，以及纳米技术的发展，借助投射电镜等各种研究设备，人们对二氧化钛(TiO2)的了解逐渐加深。二氧化钛(TiO2)由于其具有的独特性质，开始在光催化、CO氧化以及太阳能电池等多个领域被广泛应用。尤其是对二氧化钛(TiO2)吸附以及催化特性的研究与应用，在环境污染治理、医学研究、化工等领域具有不可替代的作用。 关键词：二氧化钛，表面吸附，镉离子污染，有机物污染 Research and Applications of Titanium Dioxide Adsorption JIANGmo-yu (School of Materials and Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming, 650093, China) Abstract:Recently, with the development of theoretical calculation method, calculation ability and nanotechnology , scientists are getting to know more about Titanium dioxideunder the help oftransmission electron microscope. Titanium dioxide, due to its unique properties, is playing an important part in photochemical catalysis, oxidization of carbonic oxide and the development of solar cell. Specially,studies about externaladsorption andCatalytic properties of Titanium dioxide, is becoming more and more important in pollution administration, medical research, chemical industry and so on. Keywords: Titanium dioxide,externaladsorption, Cadmium ionpollution, organic pollution
浅谈纳米二氧化钛 纳米二氧化钛(Ti0 2 )是一种重要的无机功能材料，由于其粒子具有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等性质；其晶体具有防紫外线、光吸收性好、随角异色效应和光催化等性能；而且它的耐候性、耐用化学腐蚀性和化学稳定性较好，因此纳米二氧化钛被广泛应用于光催化、太阳能电池、有机污染物降解、涂料等领域。但纳米二氧化钛也有一定的局限性，可在纳米二氧化钛中添加合适的物质（如树脂、聚苯胺、偶联剂、氟碳树脂等），对其进行改性。 1. 纳米TiO 2的制备（纳米TiO 2 溶胶） 纳米TiO 2的制备方法一般分为气相法和液相法。由于气相法制备纳米TiO 2 有诸多缺点如:能耗大、成本高、设备复杂等，且条件苛刻,大大限制了其发展。液相法主要包括水解法、沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法、微波感应等离子体法等制备技术。而液相法能耗小、设备简单、成本低,是实验室和工业上广泛使用的制备方法。由于传统的方法不能或难以制备纳米级二氧化钛，而溶胶-凝胶法则可以在低温下制备高纯度、粒径分布均匀、化学活性大的单组分或多组分分子级纳米催化剂，在此仅介绍用溶胶-凝胶法制备纳米TiO 2 溶胶。 溶胶一凝胶法制备纳米TiO 2：是以钛的醇盐Ti(OR) 2 ，(R为-C 2 H 5 、-C 3 H 7 、-C 4 H 9 等烷基)为原料。其主要步骤为：钛醇盐溶于溶剂中形成均相溶液，以保证钛醇盐的水解反应在分子均匀的水平上进行，由于钛醇盐在水中的溶解度不大，一般选用醇(乙醇、丙醇、丁醇等)作为溶剂；钛醇盐与水发生水解反应，同时失去水和失醇缩聚反应，生成物聚集成1nm左右的粒子并形成溶胶；经陈化、溶胶形成三维网络而成凝胶；干燥凝胶以除去残余水分、有机基团和有机溶剂，得到干凝胶；干凝胶研磨后煅烧，除去化学吸附的羟基和烷基团，以及物理吸附的有机溶剂和水，得到纳米TiO 2 粉体。因为钛醇盐的水解活性很高，所以需添加抑制剂来减缓其水解速度，常用的抑制剂有盐酸、醋酸、氨水、硝酸等。但在制备过程中要注意加水方式、水量、pH值、溶剂量、反应温度、拌速度等因素对凝胶形成的影响。
纳米二氧化钛综述 摘要：纳米TiO2具有十分宝贵的光学性质，高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性，且完全可以与食品接触，目前已广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、防晒霜、食品包装材料、航天工业等众多领域。在环境、信息、材料、能源、医疗与卫生中的有广阔的前景使纳米氧化钛进一步成为科学家研 究的焦点。 关键词：污水净化太阳能电池抗紫外线 1.纳米氧化钛可作太阳能电池原料 目前,能源消耗主要来自于化石燃料,由于化石燃料储量有限以及所带来的环境污染问题,人们开始把目光投向环境友好、可再生的能源中,太阳能是未来最有希望的能源之一。而纳米氧化钛是制备太阳能电池的理想材料。 原理光催化反应基本途径当能量大于TiO2禁带宽度的光照射半导体时，光激发电子跃迁到导带，形成导带电子(矿)，同时在价带留下空穴(矿)。由于半导体能带的不连续性，电子和空穴的寿命较长，它们能够在电场作用下或通过扩散的方式运动，与吸附在半导体催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应，或者被表面晶格缺陷俘获。空穴和电子在催化剂粒子内部或表面也可能直接复合。空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的OH或H2O发生作用生成HO·。HO·是一种活性很高的粒子，能够无选择地氧化多种有机物并使之矿化，通常认为是光
催化反应体系中主要的氧化剂。光生电子也能够与O2发生作用生成HO2·和O2-·等活性氧类，这些活性氧自由基也能参与氧化还原反应。HO·能与电子给体作用，将之氧化，矿能够与电子受体作用将之还原，同时h+也能够直接与有机物作用将之氧化： 光催化反应的量子效率低(理论上不会超过20%)是其难以实用化的最为关键因素之一。 2.防紫外线功能 纳米氧化钛（T25）既能吸收紫外线，又能反射、散射紫外线，还能透过可见光，是性能优越、极有发展前途的物理屏蔽型的紫外线防护剂。 纳米氧化钛的抗紫外线机理： 按照波长的不同,紫外线分为短波区190～280 nm、中波区280～320 nm、长波区320～400nm。短波区紫外线能量最高,但在经过离臭氧层时被阻挡,因此,对人体伤害的一般是中波区和长波区紫外线。 纳米氧化钛（同VK-T25）的强抗紫外线能力是由于其具有高折光性和高光活性。其抗紫外线能力及其机理与其粒径有关:当粒径较大时,对紫外线的阻隔是以反射、散射为主,且对中波区和长波区紫外线均有效。防晒机理是简单的遮盖,属一般的物理防晒,防晒能力较弱;随着粒径的减小,光线能透过纳米二氧化钛的粒子面,对长波区紫外线的反射、散射性不明显,而对中波区紫外线的
二氧化钛 百科名片 二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑；它又具有锌白一样的持久性。二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。 目录 二氧化钛简介 管制信息 名称 化学式 相对分子质量 性状 储存 用途 具体介绍 结晶特征及物理常数 级别性能 分级 性能 相对密度 熔点和沸点 介电常数 电导率 硬度 吸湿性 热稳定性 食品应用研究 测定方法 挥散法 重量法 容量法 比色法 毒理数据 介绍 实验室动物进行慢性毒性和致癌性研究 评价 结论和建议 食用规定 性质 规定 使用和限量 危害健康
《中国药典》注释 性状 鉴别 检查 含量测定 类别 贮藏 二氧化钛简介 管制信息 名称 化学式 相对分子质量 性状 储存 用途 具体介绍 结晶特征及物理常数 级别性能 分级 性能 相对密度 熔点和沸点 介电常数 电导率 硬度 吸湿性 热稳定性 食品应用研究 测定方法 挥散法 重量法 容量法 比色法 毒理数据 介绍 实验室动物进行慢性毒性和致癌性研究评价 结论和建议 食用规定 性质 规定 使用和限量 危害健康 《中国药典》注释
性状 鉴别 检查 含量测定 类别 贮藏 展开 编辑本段二氧化钛简介 管制信息 本品不属于易制毒、易制爆化学品，不受公安部门管制。 名称 中文名称：二氧化钛 中文别名：二氧化钛,钛酐,氧化钛(IV) 英文别名：Titanium(IV) oxide,Titanium dioxide, Titanic anhydride, Titunic acid anhydride,Titania, Titanic acid anhydride, Titania, Unitane, Pigment white 6, C.I. 77891 化学式 TiO2 相对分子质量 79.88 性状 白色无定形粉末。溶于氢氟酸和热浓硫酸，不溶于水、盐酸、硝酸和稀硫酸。与硫酸氢钾或与氢氧化碱或碳酸碱共同熔融成钛酸碱后可溶于水。相对密度约4.0。熔点1855℃。储存 密封保存。SCRC 100227 510269 用途 制备一定浓度的钛化合物标准。颜料。陶瓷工业。聚乙烯着色剂。研磨剂。电容介质。高纯钛盐制备。耐高温合金、耐高温海绵钛制造。 编辑本段具体介绍 白色固体或粉末状的两性氧化物。又称钛白。化学式TiO2，分子量79.9，熔点1830～1850℃，沸点2500～3000℃。自然界存在的二氧化钛有三种变体：金红石为四方晶体；锐钛矿为四方晶体；板钛矿为正交晶体。二氧化钛在水中的溶解度很小，但可溶于酸，也可溶于碱，反应的化学方程式如下： 二氧化钛和酸的反应：TiO2＋H2SO4=TiOSO4＋H2O 二氧化钛和碱的反应：TiO2＋2NaOH=Na2TiO3＋H2O 二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。二氧化钛性质稳定，大
纳米二氧化钛（TiO2）作为一种新型光催化剂、抗紫外线剂、光电效应剂等，以其神奇的功能，将在抗菌防霉、排气净化、脱臭、水处理、防污、耐候抗老化、汽车面漆等领域显示广阔的应用前景。随着其产品工业化生产和功能性应用发展的日趋成熟，它在环境、信息、材料、能源、医疗与卫生等领域的技术革命中将起到不可低估的作用。 纳米二氧化钛抗菌防霉机理 由于TiO2电子结构所具有的特点，使其受光时生成化学活泼性很强的超氧化物阴离子自由基和氢氧自由基，攻击有机物，达到降解有机污染物的作用。当遇到细菌时，直接攻击细菌的细胞，致使细菌细胞内的有机物降解，以此杀灭细菌，并使之分解。一般常用的杀菌剂银、铜等能使细菌细胞失去活性，但细菌杀死后，尸体释放出内毒素等有害的组分。纳米二氧化钛不仅能影响细菌繁殖力，而且能破坏细菌的细胞膜结构，达到彻底降解细菌，防止内毒素引起的二次污染，纳米二氧化钛属于非溶出型材料，在降解有机污染物和杀灭菌的同时，自身不分解、不溶出，光催化作用持久，并具有持久的杀菌、降解污染物效果。 作为纳米材料，除了满足纳米尺寸的要求以外，还必须具备功能性和应用性。达到纳米尺度分布的TiO2能充分地体现量子尺寸效应、表面效应、体积效应和宏观量子隧道效应，因此具有纳米粒子一系列特殊的应用特性，如抗菌、空气净化、污水净化等。 纳米二氧化钛应用领域 在人们的居住环境中存在着各种有害的细菌对人类生活产生不良影
响。居室内各种建筑装饰材料，如人造板、木质复合地板、层压木质板家具和胶粘剂等会发出甲醛、卤代烃、芳香烃等有毒污染物，危害人体健康。如果在建筑内墙涂料，地面覆盖材料，墙面装饰材料，家具面漆等材料中添入纳米二氧化钛，既可杀菌防霉，又可降解有机污染物，使人们生活在卫生健康的环境中。 此外，添加约1%纳米二氧化钛的抗菌塑料，可广泛应用于食品包装、电器、家具、餐具、公共设施等，以防止病菌的繁殖和交叉感染。抗菌纤维可制作医疗用品等，还可生产抑菌除臭的保健纺织品、卫生纺织品等，以提供安全有效的保健功能。 TiO2光催化技术工艺简单、成本低廉，利用自然光、常温常压即可催化分解病菌和污染物，具有高活性、无二次污染、无剌激性、安全无毒、化学稳定性和热稳定性好等特点，是最具开发前景的绿色环保催化剂之一。采用纳米TiO2光催化剂处理有机废水，能有效地将水中的卤化脂肪烃、卤代芳烃、硝基芳烃、多环芳烃、酚类、染料、农药等进行除毒、脱色、矿化，最终降解为二氧化碳和水，目前这方面的研究已取得进展，光催化降解污水将成为有效的处理手段。 利用金红石型纳米二氧化钛的紫外线屏蔽优异性和高耐候性，以及光催化效应来降解氧化物（NOX）、硫氧化物（SOX）等，还可以有效地治理工业废气、汽车尾气排放所造成的大气污染，其原理是将有机或无机污染物进行氧化还原反应，生成水、二氧化碳、盐等，从而净化空气。研究结果显示，纳米二氧化钛光催化空气净化涂料、陶瓷等材料在消除氮氧化物等方面的应用具有良好的前景。
一：1：纳米二氧化钛是目前应用最为广泛的一种纳米材料。它是一种半导体材料,除了具有纳米材料共同的特点外,还具有光催化性能。近十多年来,随着环境污染日益严重,利用半导体粉末作为光催化剂催化降解有机物的研究已成为热点。在作为光催化剂的主要原料N 型半导体TiO2、ZnO2、CdS、WO3中,相比较而言, TiO2活性高、化学稳定性好、对人体无害,是理想的环保型光催化剂。实验表明, TiO2至少可以经历12次的反复使用而保持光分解效率基本不变,连续580分钟光照下保持其活性,因而将其投入实际应用有着广阔的发展前景。2：纳米二氧化钛的光催化降解机理： 当二氧化钛受到波长小于387. 5nm的紫外光的照射时,价带上的电子跃迁到导带,激发电离出电子同时产生正电性的空穴,形成电子-空穴对,与吸附溶解在其表面的氧气和水反应。分布在表面的空穴将OH -和H2O氧化成HO自由基。HO 自由基的氧化能力是在水体中存在的氧化剂中最强的,能氧化大部分的有机污染物和无机污染物,而且对反应物几乎无选择性,在光催化氧化中起着决定性的作用。二氧化钛的表面电子可被溶解在表面的氧俘获形成O2-。另外表面电子具有高的还原性,可以去除水体中的金属离子。生成的原子氧和氢氧自由基使有机物被氧化、分解,最终分解为CO2、H2O和无机物。 3：目前的研究现状： 尝试对不同微生物的杀灭作用：为了考察TiO2对微生物的作用,根据不同的研究和应用背景,人们选择了细菌、病毒、藻类、癌细胞等。目前已有报道的考察TiO2光催化作用的细菌类有: 乳杆嗜酸细胞(Lactobacil lus acidophi lus),酵母菌( Saccharomyces cerevisiae), 大肠杆菌( Es-cherichia coli), 链球菌( S treptococcus mutans , S .ratus , S .cricetus , S .sobrinus AHT)。由于大肠杆菌是水体污染的指示菌种,实验具有实际应用意义, Tadashi Matsunaga[1]和Chang Wei[2]和Zheng Huang[3]等的研究都把E . coli作为实验菌种。研究对象还包括绿藻、病毒噬菌体MS2、脊髓灰质炎病毒、癌细胞Hela细胞、T24细胞( 人体膀胱癌细胞) 等。对绿藻的研究结果表明,由于绿藻壁厚,其杀灭效果较低。对噬菌体MS2的研究表明,其蛋白衣壳和核酸易被光生OH·攻击。对癌细胞Hela细胞的研究证实, TiO2颗粒可以进入癌细胞,其本身对癌细胞无毒性,但有很大的光敏作用杀死癌细胞,为光催化在医学方面的应用提供指导。 4：对今后研究的几点设想： 光催化杀菌已经从粉末催化剂发展到各种固着型催化剂的研究,使其可以在水处理方面得到具体应用。Tadashi最早利用TiO2固定醋酸纤维素膜反应器的连续杀菌系统,考察其各种工艺条件[1]。如能把目前所研究的的各种新技术集成在一种新反应器上,发挥出光催化氧化杀菌降解有机物的优势,也有可能成为一种饮用水彻底净化的辅助技术。充分利用太阳光是光催化研究的另一个重要发展方向。Chang Wei[2]等人的报道就提到过用紫外可见部分的波长大于380 nm的光照射E .c oli(浓度为106cells/mL)和TiO2混合溶液,可在数分钟内杀死细菌。由此可见,在太阳光辅助水处理及一些偏远地区的消毒方面,尤其是在电力缺乏的地区,由于可以利用太阳光,光催化也同样有着自己的优势。在医学方面,光催化也同样有进一步研究的价值。在特定的光照条件下, TiO2可局部杀灭癌细胞,但在无光的条件下, TiO2本身对机体细胞无毒副作用,现在已有这方面的研究报道。相信在不久的将来,光催化氧化技术也应该能够成为一种新型的治疗方式。 二：二氧化钛催化剂在水污染方面的应用： 1：化工废水中大多含许多对人体有害的物质,特别是有机化合物如有机磷农药、芳香族胺基化合物、氯系溶剂(二氯乙烯、三氯乙烯等)、苯系溶剂以及醛酮等。这些污染水体的有机物质对人体的毒害很大,因此欧美等发达国家相继出台了水中有机污染物的控制指标,以加强水质处理。传统的水处理法如吸附法、混凝法、活性污泥法等在实际处理这些有机污染物时均存在着一定的困难,因此急需寻找一种经济、有效的方法以降解这些污染物。自1976年