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三氧化钨离子光催化-概述说明以及解释1. 引言1.1 概述概述部分是对文章主题进行简要介绍和背景阐述的部分。
本文将探讨三氧化钨离子光催化的相关研究和应用。
近年来，随着环境问题的日益凸显，寻找高效、清洁和可持续的环境治理技术变得愈发迫切。
离子光催化作为一种新兴的环境治理技术，已经吸引了广泛的研究兴趣。
三氧化钨是一种具有特殊结构和性质的过渡金属氧化物。
它在离子光催化领域展现出了良好的光催化性能和应用潜力。
通过光催化过程，三氧化钨能够有效地分解有机污染物和无机污染物，使其转化为无害的物质，从而实现环境污染物的降解和净化。
本文将首先介绍三氧化钨的基本性质，包括其晶体结构、光学性质和电子结构等方面。
随后，将详细探讨离子光催化的原理，包括光生电荷分离、活性氧物种的生成以及光催化反应的动力学过程等内容。
通过了解离子光催化的机制和三氧化钨的特性，我们可以更好地理解和探索其在环境治理中的应用前景。
在结论部分，将重点探讨离子光催化在环境治理中的应用。
通过考察已有的相关研究成果和实际应用案例，我们可以评估离子光催化技术在环境治理领域中的效果和潜力。
同时，也将探讨三氧化钨作为光催化材料的潜在应用前景，包括其在废水处理、大气污染控制和可再生能源领域等方面的可能性。
总之，本文将系统地介绍三氧化钨离子光催化的基本原理和应用前景。
通过深入研究该领域的最新进展和探索，我们有望为环境治理提供一种高效、清洁和可持续的解决方案。
加深我们对离子光催化技术和三氧化钨材料的理解，有助于促进环境保护和可持续发展的实现。
文章结构部分的内容可以如下编写：1.2 文章结构本文共分为三个部分，即引言、正文和结论。
下面将对每个部分的内容进行介绍。
1.2.1 引言部分引言部分主要包括概述、文章结构和目的三个小节。
在概述中，将简要介绍三氧化钨离子光催化的研究背景和意义。
可以提到目前环境污染日益严重，对环境治理和资源利用提出了更高的要求，离子光催化作为一种新兴的技术被广泛应用于环境治理领域。
新型多功能抗菌陶瓷抗菌机理总结抗菌陶瓷是一种环保型功能材料，是抗菌材料与陶瓷产品相结合的产物，抗菌陶瓷在保留原有陶瓷制品物化性能的基础上增加了抗菌、消毒及化学降解的功能，被广泛应用于医疗卫生、建筑卫生陶瓷、日用陶瓷及工业水处理等行业，且随着科技的进步及生活水平的提高，同时兼具保健、抗辐射、自清洁等多功能为一体的抗菌陶瓷被更多的用户日益青睐。
抗菌陶瓷餐具多功能抗菌陶瓷的抗菌机理目前抗菌陶瓷主要分为：金属离子掺杂型抗菌陶瓷及光催化型抗菌陶瓷两种。
其中金属离子掺杂型抗菌陶瓷是直接将含有银、锌、铜等金属离子的抗菌剂直接加入到陶瓷釉料中烧制而成；光催化型抗菌陶瓷则是采取溶胶－凝胶法或浸渍提拉法在陶瓷表面涂覆二氧化钛或氧化锌抗菌薄膜。
银系金属离子掺杂型抗菌陶瓷目前已被认同的银系金属离子抗菌机理主要有两种：一种是金属离子的缓释杀菌。
抗菌陶瓷在使用过程中缓慢释放出银离子，当银离子到达细胞膜时，因细胞膜带有负电荷，银离子依靠库伦力牢固吸附在细胞膜上，而且银离子还能进一步穿透细胞壁进入病菌内部，与生物体内的蛋白质、核酸中存在的琉基(-SH)，氨基(-NH)等含硫、氨的官2能团发生反应，使细菌蛋白质凝固，破坏细菌细胞合成酶的活性，使细胞丧失分裂增殖能力而最终消亡。
另外，当细菌体失去活性后，银离子又从菌体中游离出来，继续重复进行杀菌活动，保持持久的抗菌效果。
另一种则是银离子的催化反应杀菌。
即在光的作用下银离子作为催化活性中心，激活水和空气中的氧，产生具有很强的氧化还原作用的活性氧-和OH-自由基，可以攻击陶瓷表面的微生物细胞膜，导致其细胞膜蛋白O2质变性，从而使细菌等微生物失去活性，达到抗菌的目的。
二氧化钛的光催化抗菌陶瓷纳米二氧化钛有金红石、锐钛矿和板钛矿3种晶型。
其中锐钛矿型二氧化钛粒子是N型半导体，具有能带结构，比金红石具有更大的光催化活性。
锐钛矿型二氧化钛的电子结构为一满的价带和空的导带，稳态的二氧化钛价带中充满电子，导带是一系列空能级轨道的集合体，二者之间为禁带。
纳米二氧化钛在物体表面的抗菌作用纳米TiO2问世于20世纪80年代后期，是一种有着普遍用途的无机材料。
因其独特的紫外线屏蔽、光催化作用、颜色效应等性能，在高级涂料、化妆品、废水处置、空气净化、杀菌和高效太阳能电池等方面有着广漠的应用前景。
纳米二氧化钛(TiO2)作为光催化半导体无机抗菌剂，具有广谱抗菌功能，能抑制和杀灭微生物，并有除臭、防霉、消毒的作用，其本身化学性质稳固且对人体和环境无害，光催化作用持久，因此愈来愈取得世人青睐。
纳米TiO2的结晶有两种晶态：即金红石型和锐钛型。
通常，金红石型的二氧化钛光催化能力差，而锐钛型的二氧化钛具有强光催化能力。
锐钛型纳米TiO2在H2O、O2体系中发生光催化反映，产生的羟基自由基(HO·)，能和多种细菌和臭体反映，而有效地灭菌和排除臭味，因此能够制成纳米TiO2抗菌剂。
纳米TiO2抗菌剂具有将细菌及其残骸一路杀灭清除的能力，同时还能将细菌分泌的毒素也分解掉。
而且纳米TiO2作为杀菌剂还具有以下几个特点：一是即效性好，如银系列抗菌剂的成效约在24h左右发生，而纳米TiO2仅需1h左右；二是TiO2是一种半永久维持抗菌成效的抗菌剂，不像其它抗菌剂会随着抗菌剂的溶出而成效慢慢下降；三是有专门好的平安性，与皮肤接触无不良阻碍。
本实验采纳了四种新型的纳米TiO2喷液(原液、复合液1#、复合液2斡、复合液3#)喷涂在瓷片和纸片上，并对其在瓷片和纸片应用中的杀菌成效进行了实验观看；同时咱们对涂有纳米TiO2喷液的部份瓷片通太高温预处置以后对其灭菌成效进行了观看实验。
1 材料与方式菌种来源大肠杆菌华南理工大学食物科学与工程学院实验室提供。
材料培育基营养肉汤培育基(g/100mL)：酪蛋白胨，牛肉浸膏，。
MR-VP培育基(g/100mL)：(月示)胨，葡萄糖，K2HPO4，pH值。
瓷片和纸片瓷片：3cm×3cm的干净瓷片。
纸片：白度为85(%，ISO)的针叶木浆抄成定量为60g/m2的纸片，其中不加任何化学药品。
抗菌材料的发展综述
抗菌材料是指具有抑制或杀灭微生物功能的材料，主要用于医疗、食品、纺织、家居、建筑等领域。
随着人们对健康和环境卫生的关注不断增加，抗菌材料的研究和应用也得到了广泛的关注和发展。
传统的抗菌材料主要包括银、铜、锌等金属离子抗菌剂和抗生素、季铵盐等有机抗菌剂。
这些抗菌剂具有较好的抗菌效果，但存在易产
生耐药性、对人体健康有潜在风险等问题。
因此，近年来新型抗菌材
料的研究得到了更多的关注。
新型抗菌材料主要包括纳米抗菌材料、光催化抗菌材料、生物抗
菌材料等。
纳米抗菌材料是将纳米技术应用于抗菌领域，如纳米银、
纳米氧化锌等，具有高效、持久、安全等特点；光催化抗菌材料是利
用光催化反应产生的自由基来杀灭微生物，如 TiO2 等，具有高效、无
二次污染等特点；生物抗菌材料是利用微生物或其代谢产物来抑制或
杀灭其他微生物，如乳酸菌、噬菌体等，具有安全、环保等特点。
此外，抗菌材料的应用领域也在不断拓展。
除了传统的医疗、食品、纺织、家居等领域，抗菌材料还被应用于电子产品、汽车、航空
航天等领域。
例如，在电子产品中使用抗菌材料可以减少细菌和病毒
的滋生，提高产品的卫生水平和使用寿命。
随着科技的不断发展和人们对健康和环境卫生的关注不断增加，抗菌材料的研究和应用将会得到更加广泛的关注和发展。
二氧化钛光催化抗菌材料的研究与应用摘要：本文主要介绍了二氧化钛（TiO2）光催化材料的基本结构、特点、抗菌机理、杀菌原理、以及提高其杀菌性能的方法。
尤其是作为抗菌剂在各个领域中的应用。
并对其在生活中的一些应用前景作了简要评述。
关键词：二氧化钛抗菌材料光催化应用随着社会的发展、科技的进步、文化水平的提高，人们的健康的意识也随之加强。
大多疾病是由细菌、霉菌等作为病原菌侵入人类和动植物发生的一系列反应而引起的，影响人们的健康，甚至危及生命，微生物还会引起各种工业材料、食品、化妆品、医药品等分解、变质、劣化、腐败，带来重大的经济损失，因此，具有杀菌和抗菌效应的商品越来越受到人们的关注。
一般来说，抑制细菌增强和发育的性能称为抗菌，杀死细菌或接近无菌状态的性能称为杀菌，具有抗菌或杀菌功能的材料通称为抗菌材料。
人工合成的抗菌材料可分为无机和有机两大类，由于有机类抗菌材料存在抗菌性较弱，耐热性、稳定性较差，自身分解产物和挥发物可能对人体有害，不适合用于高温加工等缺点，限制了其使用，并逐渐被无机类的抗菌材料所替代[1]。
传统的无机类抗菌剂由银、铜、锌等金属离子担载于沸石、磷酸错、易熔玻璃、硅胶、活性炭等载体组成。
近年来，以二氧化钛为代表的光催化材料得到了广泛的研究，由于Ti02光催化抗菌材料作用效果持久，并且二氧化钛本身价廉、无毒、化学稳定性好，利用太阳光、荧光灯中含有的紫外光作激发源就可具有抗菌效应，并且具有净化空气、污水处理、自清洁等光催化效应，其抗菌过程简单描述为：二氧化钛在大于禁带宽度能量的光激发下，产生的空穴或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[3]。
此外，这些活性氧基团不仅能迅速、彻底杀灭细菌，还能降解内毒素等细胞裂解产物、其它有机物及化学污染物，使之完全矿化，具有其它抗菌材料不可比拟的优点[4-9][2]。
在抗菌方面展示了广泛的应用前景，已成为新一代的无机抗菌净化材料。
水热法制备钨酸铋及其在光催化中的应用范金福;姚倩;张晓辰;王杰;李少香【摘要】以二水合钨酸钠和五水合硝酸铋为原料, 水热法合成花球状片层钨酸铋, 利用XRD、SEM、红外、拉曼对其表面形貌和微观结构进行了表征, 并通过催化降解模型污染物甲基橙、土霉素以及盐酸二甲双胍来探究钨酸铋的光催化效果, 进而将其广泛应用于医药废水的处理中.结果表明:水热法制备的花球状片层钨酸铋在可见光照射下具有较好的光催化效果, 光照2.5h后基本可以完全降解模型化合物.%Flower sphere-like bismuth tungstate was synthesized by hydrothermal method using sodium tungstate dihydrate and bismuth nitrate pentahydrate as raw materials.The surface morphology and microstructure were characterized by XRD, SEM, IR and Raman.The photocatalytic effect of bismuth tungstate was investigated by degrading model pollutants of methyl orange, oxytetracycline and metformin hydrochloride, and then it is widely used in the treatment of pharmaceutical wastewater.The results show that bismuth tungstate with spherical morphology prepared by hydrothermal method possessed good photocatalytic effect, and the model compounds can be completely degraded after 2.5 h.【期刊名称】《青岛科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】6页(P57-61,67)【关键词】钨酸铋;光催化;甲基橙;土霉素;盐酸二甲双胍【作者】范金福;姚倩;张晓辰;王杰;李少香【作者单位】青岛科技大学环境与安全工程学院,山东青岛 266042;青岛科技大学环境与安全工程学院,山东青岛 266042;青岛科技大学环境与安全工程学院,山东青岛 266042;青岛科技大学环境与安全工程学院,山东青岛 266042;青岛科技大学环境与安全工程学院,山东青岛 266042【正文语种】中文【中图分类】O611.4目前，随着社会的发展，我国工业与人口急剧增多，随之而来的是消耗各种能源与产生废物逐渐增多，同时会产生严重的环境污染问题，因此如何解决环境问题已经是当今世界共同要解决的首要问题。
纳米光催化颗粒对病原菌的杀灭效果研究【文献综述】纳米光催化颗粒对病原菌的杀灭效果研究摘要：纳米光催化颗粒在可见光下对病原菌微生物的繁殖具有很好的杀灭效果，本文对光催化抗菌材料的现状和前景，优点和不足，损伤机理分析进行综述。
关键词：纳米光催化颗粒；病原菌；杀灭效果；损伤机理引言纳米光催化颗粒是具有杀灭或抑制病原微生物繁殖能力的一类光催化剂，当用可见光照射纳米颗粒时，通过一系列的作用，可产生具有强氧化能力的氧负离子（.O2-）和氢氧根负离子（.OH）。
由于.O2-，.OH具有强氧化能力，可以氧化分解构成细菌微生物的主要成分的各种有机物质，干扰细菌蛋白质的合成[1]，从而有效的的抑制细菌的繁殖生长，可以引发绝大多数有机物分子发生氧化还原反应，因此具有很好的消毒杀菌功能[2]。
1光催化抗菌材料的现状和前景光催化抗菌材料是近些年来专家研究的热门领域之一,近年来，以二氧化钛为代表的光催化抗菌材料因其稳定性好、成本低、催化效率高等突出优点而备受人们的关注[3，4]。
但是 ,二氧化钛光催化抗菌剂对太阳能的利用率低相对比较低 ,且对紫外线的要求比较严格，,从而无法有效的利用廉价的太阳能源,以致于对太阳能的应用受到了很大的限制 ,因此是否能够开发出能在可见光照射下而具有高效抗菌性能的新型光催化抗菌剂越来越受到人们的关心和重视。
纳米( nm )为长度单位, 1 nm相当于十亿分之一米。
而光催化抗菌材料的纳米微粒的直径在1 nm ~ 100 nm之间。
微小的颗粒能使纳米材料拥有量子尺寸的表面效应和量子隧道效应, 从而展现出多种其独特的性质,，所以光催化抗菌材料在滤光、催化、光吸收以及抗菌消毒等方面都有很高的科技价值以及广泛的应用前景[5]。
2光催化抗菌材料的优点和不足因为半导体光催化剂具有良好的禁带宽度、催活性、氧化能力、无毒以及稳定性高等诸多优点，所以关于污水处理,气体净化以及灭菌消毒等诸多领域都广泛的应用了这一技术，但是由于目前研究出的光催化抗菌材料大多数都是单一光的催化[6]。
Ag掺杂WO3光催化杀灭大肠杆菌的性能及机理目录一、内容描述 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究意义 (4)1.3 研究目的与内容 (5)二、材料与方法 (6)2.1 原料与试剂 (7)2.2 制备方法 (8)2.3 性能测试方法 (9)2.4 机理分析方法 (10)三、Ag掺杂WO3光催化性能研究 (11)3.1 不同掺杂浓度对性能的影响 (13)3.2 光源种类对性能的影响 (14)3.3 反应条件对性能的影响 (15)四、Ag掺杂WO3光催化杀灭大肠杆菌机理探讨 (17)4.1 光催化剂的活性物种分析 (18)4.2 大肠杆菌的光解过程 (20)4.3 Ag掺杂对光催化氧化还原反应的影响 (21)4.4 微生物群落结构的变化 (22)五、结论与展望 (22)六、致谢 (23)6.1 对指导教师的感谢 (24)6.2 对团队成员的感谢 (25)6.3 对其他帮助者的感谢 (26)一、内容描述本论文深入研究了Ag掺杂WO3光催化剂在大肠杆菌杀灭方面的性能及作用机理。
通过一系列实验，详细考察了不同Ag负载量对WO3光催化剂性能的影响，并探讨了其可能的原因。
作者首先制备了不同Ag负载量的WO3光催化剂，并对其进行了详细的表征，包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS），以确定其晶型结构、形貌特征和元素组成。
Ag的引入并未改变WO3的基本晶型结构，但显著影响了其形貌和表面化学性质。
作者重点研究了Ag掺杂WO3光催化剂的的光催化活性。
通过对比实验，发现Ag负载量对光催化剂的活性有着显著的影响。
适量的Ag负载可以显著提高WO3的光催化活性，而过量Ag的引入则可能导致光催化剂的活性下降。
这可能与Ag的能带结构和电子转移有关。
为了进一步揭示Ag掺杂WO3光催化剂的作用机理，作者进行了深入的机理研究。
通过检测光催化反应过程中的光电流变化、降解产物以及微生物活性变化等，分析了光催化剂的光解水产氢和降解大肠杆菌的能力。
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NO气体，而且薄板表面生成的HN0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菌能力。
当细菌吸附于由纳米二氧化钛涂敷的光催化陶瓷表面时，TiO2被紫外光激发后产生的活性超氧离子自由基（• Q-）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，从而有效地杀火细菌，并抑制细菌分解有机物产生臭味物质（如HS SO、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。
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)。
纳米锌无机抗菌剂性能及用途1.强大的抗菌作用：纳米锌无机抗菌剂具有广谱抗菌作用，能够有效杀灭细菌、真菌和病毒等微生物，对多种病原微生物都具有显著的杀菌效果。
2.长效持久的抗菌性能：纳米锌无机抗菌剂能够在材料表面形成抗菌保护层，该保护层具有长时间的抗菌效果，能够持续抑制微生物的生长和繁殖，确保材料始终保持洁净和卫生。
3.安全环保：纳米锌无机抗菌剂是一种无机抗菌材料，不含任何有害物质，对人体和环境无毒、无刺激性，使用安全可靠。
与传统的有机抗菌剂相比，纳米锌无机抗菌剂具有更高的安全性和环保性。
4.耐高温抗化学品性能：纳米锌无机抗菌剂具有良好的耐高温性能，可在高温环境下保持抗菌效果不变，适用于各种耐高温要求的场合。
同时，纳米锌无机抗菌剂对各种化学品的抗性也很好，能够在各种复杂的环境中保持抗菌效果。
1.医疗卫生领域：纳米锌无机抗菌剂可应用于医疗器械、手术衣、口罩、卫生纸等医疗材料和用品中，具有抗菌、防霉、抗病毒等功能，可有效帮助预防和控制医疗感染。
2.日用品领域：纳米锌无机抗菌剂可应用于洗手液、洗发水、肥皂、洗衣液、清洁剂等日常生活用品中，能够有效抑制细菌的繁殖，保持清洁卫生。
3.纺织品领域：纳米锌无机抗菌剂可应用于纺织品中，如床上用品、衣物、鞋袜等，能够在纤维表面形成抗菌保护层，实现纺织品的长效抗菌功能。
4.建筑材料领域：纳米锌无机抗菌剂可应用于墙面涂料、地板材料、卫生间设施等建筑材料中，能够有效抑制细菌的生长，改善室内环境卫生。
5.包装材料领域：纳米锌无机抗菌剂可应用于食品包装材料中，能够有效抑制食品污染微生物的繁殖，延长食品的保质期。
总之，纳米锌无机抗菌剂以其强大的抗菌作用和广泛的应用领域成为一种有潜力的新型抗菌材料。
随着人们对卫生和健康的重视程度不断提高，纳米锌无机抗菌剂将会在各个领域得到更多的应用和推广。
新型光催化抗菌剂——纳米二氧化钛的研究发展摘要介绍了TiO2光催化材料的抗菌与杀菌原理、特点及提高其杀菌性能的方法,并对其应用前景作了简要评述。
关键词二氧化钦光催化抗菌Abstract :This paper introduced the antibacterial and bactericidal principle , characteristicsand the methods to improve the bactericidal performance of TiO2 photocatalytic materials.Their prospects of application were briefly reviewed.Key words :Titanium dioxide ; Antibacterial materials ; Photocatalysis1 前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。
细菌、霉菌作为病原菌对人类和动植物有很大的危害,影响人们的健康,甚至危及生命,微生物还会引起各种工业材料、食品、化妆品、医药品等分解、变质、劣化、腐败,带来重大的经济损失,因此,具有杀菌和抗菌效应的商品越来越受到人们的关注。
一般而言,抑制细菌增强和发育的性能称为抗菌,杀死细菌或接近无菌状态的性能称为杀菌,具有抗菌或杀菌功能的材料通称为抗菌材料。
人工合成的抗菌材料可分为无机和有机两大类,由于有机类抗菌材料存在抗菌性较弱,耐热性、稳定性较差,自身分解产物和挥发物可能对人体有害,不适合用于高温加工等缺点,限制了其使用,并逐渐被无机类的抗菌材料所替代。
传统的无机类抗菌剂由银、铜、锌等金属离子担载于沸石、磷酸锆、易熔玻璃、硅胶、活性炭等载体组成。
近年来,以二氧化钛为代表的光催化材料得到了广泛的研究,由于TiO2 光催化抗菌材料作用效果持久,利用太阳光、荧光灯中含有的紫外光作激发源就可具有抗菌效应,且具有净化空气、污水处理、自清洁等光催化效应,在环保方面展示了广泛的应用前景,已成为新一代的无机抗菌净化材料[1 ,2 ]2二氧化钛光催化杀菌原理TiO2 的电子结构特点为一满的价带和空的导带,在大于其带隙能的光照条件下,电子就可从价带激发到导带,同时在价带产生相应的空穴,当存在合适俘获剂时,电子和空穴的合并受到抑制,就可在表面发生氧化还原反应。
空穴一般与表面吸附的H2O或OH-离子反应形成具有强氧化性的活性羟基,电子则与表面吸附的氧分子反应,生成超氧离子(O2·-) 。
超氧离子可与水进一步反应,生成过羟基(·OOH)和双氧水(H2O2) 。
另外,活性羟基也可相互合并生成双氧水。
活性羟基、超氧离子、过羟基和双氧水都可与生物大分子如脂类、蛋白质、酶类以及核酸大分子反应,直接损害或通过一系列氧化链式反应而对生物细胞结构引起广泛的损伤性破坏。
以·OH为例,它可攻击有机物的不饱和键或抽取其H原子:上式反应产生的新自由基将会激发链式反应,致使细菌蛋白质变异和脂类分解(多肽链断裂和糖类解聚) ,以此杀灭细菌并使之分解。
事实上,由于细菌属于单体有机物大分子,光催化杀菌效应应是细菌和TiO2 间广泛的相互作用,而不是如普通有机物分子的光催化降解那样只是简单的表面反应。
由于活性羟基存在的寿命短,且不能通过细胞膜,由其直接攻击细胞并破坏细胞结构可能是比较困难的,所以TiO2 光催化杀菌效应是活性羟基和其它活性氧类物质(O2·-,·OOH ,H2O2)共同作用的结果。
由于H2O2 可通过细菌细胞膜,不仅能杀灭细菌,也能分解细菌死亡后释放出的内毒素等类脂类物质,且存在的时间较长,它很有可能替代活性羟基成为TiO2 光催化杀菌效应中最重要的反应介质。
当然,H2O2 也不可能是仅有的反应物,虽然它可由TiO2 光催化氧化反应和还原反应产生,但其产生量还是相当少,还需要别的活性氧物质参与,如H2O2 进入细菌细胞内部,发生如反应式⑺所示的反应,在细菌内部产生更强氧化性的活性羟基,其对细菌的破坏作用将大大增强[2 ]3 TiO2 光催化无机抗菌材料的特点3. 1 抗菌与杀菌效果迅速,杀菌力强TiO2 光催化反应发生的活性羟基具有402. 8MJ / mol 反应能,高于有机物中各类化学键能,如 C - C(83) ,C - H(99) ,C - N(73) ,C - O(84) ,H - O(111) ,N -H(93) ,能迅速有效地分解构成细菌的有机物,再加上其它活性氧物质(O2·-,·OOH ,H2O2)的协同作用,因此,与同样具有较强抗菌效应的银担载型无机类抗菌材料相比,其作用效果更为迅速。
3. 2 同时具有抗菌和杀菌效应我们知道,细菌的生长与繁殖需要有机营养物质,而TiO2 光催化产生的活性羟基能分解这些有机营养物,抑制细菌增强和发育,从而在很大程度上减少了细菌数量,达到抗菌和杀菌的目的,而金属离子担载型的无机类抗菌材料一般不具有分解有机营养物的功能。
3. 3 彻底的杀灭性银、铜、锌等金属离子担载的无机杀菌剂能使细胞失去活性,但细菌被杀死后,可释放出致热和有毒的组分如内毒素。
内毒素是致命物质,可引起伤寒、霍乱等疾病。
而TiO2 的光催化剂不仅能杀死细菌,还能同时降解由细菌释放出的有毒复合物,即TiO2 的光催化剂不仅消弱细菌的生命力,而且能攻击细菌的外层细胞,穿透细胞膜,破坏细菌的内部结构,从而彻底的杀灭细菌。
3. 4 具有防霉效应除细菌外,霉菌(真菌)所造成的危害也不容忽视。
金属离子担载型的无机抗菌材料与有机抗菌材料相比,虽然具有许多优点,但其防霉作用较弱,在同时要求防细菌、防霉菌的场合须与防霉性能较好的有机抗菌材料配合使用。
而TiO2 光催化无机抗菌材料则克服了上述缺点,本身即具有强的防霉效应。
3. 5 适用性和稳定性TiO2 对人安全无害,作为化妆品、牙膏填料、白色涂料等已得到广泛应用,TiO2 光催化反应在常温常压下进行,反应过程中,TiO2 本身并不消耗,其化学稳定性好,不存在银系无机抗菌剂那样在光照、与卤素接触或加热条件下变色,抗菌性能下降的缺点,理论上可永久使用。
4 影响TiO2 光催化抗菌材料性能的因素对TiO2 无机抗菌膜而言,其成膜方法、膜厚、光强度等都可影响到其抗菌性能。
此外,TiO2 粉末悬浮液存在一最佳的抗菌浓度。
4. 1 成膜方法的影响玻璃、瓷砖等衬底表面一般常采用热溶胶法、粘接剂混合法和溶胶—凝胶浸涂法成膜。
相比较而言,采用溶胶—凝胶浸涂法成膜的材料具有更大的抗菌活性,而由热溶胶成膜法得到的膜活性最低。
这主要由于各种成膜法所得薄膜材料中TiO2 的晶粒大小、有效反应表面积、晶格缺陷、表面活性态等各不相同,从而表现了不同的反应活性。
4. 2 膜厚和粉末浓度的影响在玻璃衬底表面溶胶—溶胶法制膜过程中,改变浸涂次数(1 ,2 ,5 ,10)可得到厚度不同的TiO2 光催化膜。
其抗菌性能显示,黑光灯光照条件下,5次浸涂的膜比2 次和1 次浸涂膜具有更大的光催化活性。
这主要是由于随着膜厚的增加,TiO2 光催化反应表面积增大,对光的吸收能力增强,光催化活性提高。
但10 次浸涂膜与5 次浸涂膜相比,两者的抗菌性能基本上没有什么差异。
这是由于膜厚的过分增大,表面TiO2 凝聚加著,在烧结过程中晶粒粒径增大,薄膜中有效TiO2 粒子表面积相对减少的缘故。
另外,在TiO2 粉末悬浮液的抗菌实验中,随着TiO2 粉末浓度的增加,光催化抗菌活性增加,但超过一定浓度时,光催化活性反而下降,即存在一最佳的TiO2 粉末浓度。
这主要是由于TiO2 粉末浓度过高时,溶液混浊度上升,对光的遮蔽力增加,光只能达到溶液表面,溶液内部的TiO2 粉末光激起效率下降,从而使光催化活性降低。
4. 3 光照强度的影响光照强度的增加,TiO2 的光催化抗菌效应增大。
这是由于随着光照强度的增大,光催化反应生成的活性氧类浓度增加,而杀菌效率是与生成的活性氧类的浓度成正比的。
事实上,光催化反应率所记述的不是作为催化剂的TiO2 的利用效率,而是照射光的利用效率。
光催化的量子的效率定义为:参与反应的光生电子(空穴)数/入射光子数。
杀死一个大肠杆菌需要2. 3 ×104个光子,相当于室内紫外光强度为1 μW/ cm3时,大约照射2min的光子数。
5 TiO2 光催化无机抗菌材料的实施与应用TiO2 光催化抗菌材料可以微粉和薄膜的方式与各种基体相复合,作为涂层材料,它常与玻璃、釉面砖等基体材料相结合,构成TiO2 光催化抗菌建材。
当TiO2 涂敷在普通钠钙硅玻璃表面时,烧结过程中,由于玻璃表面钠离子向TiO2 内部扩散,恶化其光催化性能,因此,常在玻璃表面预镀一层SiO2 阻止钠离子的扩散;也将玻璃置于酸性溶液中,通过离子交换的方式来减少玻璃表面的钠离子浓度。
TiO2 与釉面砖的结合可采用在陶瓷釉面砖面釉中引入TiO2 ,烧结后制成含氧化钛光触媒的抗菌性陶瓷面砖,也可采用在烧成后的陶瓷釉面砖表面镀膜后再进一步烧结的方法,前一种方法中由于暴露于表面的TiO2 量非常少,故其抗菌活性较低,后一种情况虽然能得到高活性的TiO2 涂层,但由于增加了涂膜和烧结工艺,大大增加了成本。
除上述耐热基材外,TiO2 在一些非耐热基材如塑料、木材等表面也得到施用,它主要是通过一些抗光催化作用的氟树脂和无机硅树脂等与基材相结合的。
另外,关于TiO2 光催化抗菌涂料也有所报导[7 ]。
目前,TiO2 光催化抗菌材料已在日本得到了实际应用,取得了较为满意的效果。
对大肠杆菌的实验证明,弱紫外光照射30nin 后,TiO2 薄膜表面大肠杆菌的死亡率接近80 %时,约2h后,大肠杆菌可完全消除,其释放出的内毒素也可同时得到有效降解。
对于抗青霉素的黄色葡萄糖菌,荧光灯照射1h 后,其去除率可达99 %以上。
在医院病房、手术室及生活空间等细菌密集场所实施TiO2 光催化抗菌建材(玻璃、釉面砖等) ,可有效地杀死细菌,防止感染。
病房手术室的试验结果表明:在内墙瓷砖表面和玻璃表面涂敷TiO2 光催化剂后,空气中浮游的细菌数可降低90 %左右。
利用TiO2 光催化剂的杀菌效果也可达到净化空气的目的,如厕所内臭气产生的主要原因是由于细菌分解尿素产生的氨气,家庭陶瓷便器使用场合,1周内氨气的浓度可达到1. 5ppm ,在陶器表面附着一层TiO2 光催化剂,2 星期后氨气浓度就降到0. 3ppm ,这主要是由于光催化反应减少了细菌数量,使尿素的分解受到抑制,因此氨气浓度大幅度降低[8 ,9 ]。
