纳米TiO2光催化剂安全环保性能研究
作者：北京化工大学 徐瑞芬教授
纳米科技的发展为人类治理环境开辟了一条行之有效的途径，我们可以合理利用自然光资源，通过纳米TiO2半导体的光催化效应，在材料内部由吸收光激发电子，产生电子-空穴对，即光生载流子，迅速迁移到材料表面，激活材料表面吸附氧和水分，产生活性氢氧自由基（oOH）和超氧阴离子自由基（O2·－），从而转化为一种具有安全化学能的活性物质，起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌的作用。
纳米TiO2光催化应用技术工艺简单、成本低廉，利用自然光即可催化分解细菌和污染物，具有高催化活性、良好的化学稳定性和热稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点，且能长期有益于生态自然环境，是最具有开发前景的绿色环保催化剂之一。
本研究在用亚稳态氯化法合成纳米二氧化钛的技术基础上，根据光催化功能高效性的需要，进行掺杂和表面处理，制成特有的在室内自然光和黑暗区微光也能显著发挥光催化作用的纳米二氧化钛，将其作为功能粉体材料，复合到塑料、皮革、纤维、涂料等材料中，研制成无污染、无毒害的纳米TiO2光催化绿色复合材料，充分发挥抗菌、降解有机污染物、除臭、自净化的功能，这类环保型功能材料实施方便、应用性强，能实用到生活空间的多种场合，发挥其多功能效应，成为我们生活环境中起长期净化作用的环保材料。
2 纳米TiO2光催化剂对环境的净化功能研究
2．1室内环境的净化
随着建筑材料中各种添加物的使用，室内装饰材料和各种家用化学物质的使用，室内空气污染的程度越来越严重。调查表明，室内空气污染物浓度高于室外，甚至高于工业区。据有关部门测试，现代居室内空气中挥发性有机化合物高达300多种，其中对人体容易造成伤害、甚至致癌的就有20多种，极大地威胁着人类的健康生活。随着人们健康和环保意识的增强，人们对具有光催化净化室内外空气、抗菌杀毒等功能性绿色环保材料的需求日益迫切，纳米TiO2光催化剂的出现为环境净化材料的发展开辟了一片新天地，也为人们对健康环境需求的解决提供了有效的途径。
第２４卷第３期 ２００６年５月 西安航空技术高等专科学校学报
Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ Ｘｉ’ａｎ Ａｅｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｖｏ１．２４Ｎｏ．３ Ｍａｙ．２ ０ ０ ６
有机废水的ＴｉＯ２光催化氧化处理技术浅析
魏新宇
（西安航空技术高等专科学校动力工程系，陕西西安７１００７７）
摘要：Ｔｉ０２以优良的催化性能，被有机废水处理领域日益广泛采用。本文对Ｔｉ０２光催化氧化技术的研究发展进 程作了概要综述，并对该技术在有机污水处理领域的应用作了阐述，对实际工作具有一定的指导意义。 关键词：ＴｉＯ２；光催化氧化；催化剂；污水处理 中图分类号：ＴＵ９９２．３文献标识码：Ａ文章编号：１００８—９２３３（２００６）ｏ３—００４２一ｏ３
１前言
１９７２年，Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ和Ｈｏｎｄａ发现受光辐射的Ｔｉ０２微粒 可以使水持续的发生氧化还原反应，此后光催化氧化技术被 应用于水处理领域，如美国和西班牙研究者开发了中试规模 悬浮Ｔｉ０２水处理系统，光催化氧化技术的优点：可将有机物 完全分解矿化，在常温常压下反应，操作简易，能耗低，所使 用的催化剂ＴｉＯ２，无毒无害，稳定性高，成本低，可回收利用。 国内外大量的研究报告表明光催化法对水中的烃卤代物、羧 酸、表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂等均有很 好的去除效果，即使是高浓度或较难降解的有机污染物，经 光催化法可达到完全矿化。有专家预言，光催化法将是处理 各类废水最有效的方法之一。
２光催化原理
基于能带理论，以Ｎ型半导体作为敏化剂的一种光敏氧 化法。当能量大于禁带宽度的光照射半导体催化剂时，满带 上的电子被激发，越过禁带进入导带，则在价带上产生相应 的电子一空穴，从而引发反应。水溶液中的光催化氧化反 应，在半导体表面失去的电子主要是水分子，水分子经一系 列变化后产生氧化能力极强的羟基自由基・ＯＨ，氧化各种有 机物并使之矿化为００ 。以Ｔｉ 为例，该过程可用下式描 述： Ｔｉ ＋ｈ —一ｈｖｂ ＋ｅ— Ｔｉ０２（ｈｖｂ ）＋Ｈ２０—＋Ｔｉ０２＋。０Ｈ＋Ｈ Ｔｉ０ （ｈｖｂ ）＋ＯＨ一一Ｔｉ０ ＋・ＯＨ
纳米TiO2光催化剂安全环保性能研究
作者：北京化工大学 徐瑞芬教授
纳米科技的发展为人类治理环境开辟了一条行之有效的途径，我们可以合理利用自然光资源，通过纳米TiO2半导体的光催化效应，在材料内部由吸收光激发电子，产生电子-空穴对，即光生载流子，迅速迁移到材料表面，激活材料表面吸附氧和水分，产生活性氢氧自由基（oOH）和超氧阴离子自由基（O2·－），从而转化为一种具有安全化学能的活性物质，起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌的作用。
纳米TiO2光催化应用技术工艺简单、成本低廉，利用自然光即可催化分解细菌和污染物，具有高催化活性、良好的化学稳定性和热稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点，且能长期有益于生态自然环境，是最具有开发前景的绿色环保催化剂之一。
本研究在用亚稳态氯化法合成纳米二氧化钛的技术基础上，根据光催化功能高效性的需要，进行掺杂和表面处理，制成特有的在室内自然光和黑暗区微光也能显著发挥光催化作用的纳米二氧化钛，将其作为功能粉体材料，复合到塑料、皮革、纤维、涂料等材料中，研制成无污染、无毒害的纳米TiO2光催化绿色复合材料，充分发挥抗菌、降解有机污染物、除臭、自净化的功能，这类环保型功能材料实施方便、应用性强，能实用到生活空间的多种场合，发挥其多功能效应，成为我们生活环境中起长期净化作用的环保材料。
2 纳米TiO2光催化剂对环境的净化功能研究
2．1室内环境的净化
随着建筑材料中各种添加物的使用，室内装饰材料和各种家用化学物质的使用，室内空气污染的程度越来越严重。调查表明，室内空气污染物浓度高于室外，甚至高于工业区。据有关部门测试，现代居室内空气中挥发性有机化合物高达300多种，其中对人体容易造成伤害、甚至致癌的就有20多种，极大地威胁着人类的健康生活。随着人们健康和环保意识的增强，人们对具有光催化净化室内外空气、抗菌杀毒等功能性绿色环保材料的需求日益迫切，纳米TiO2光催化剂的出现为环境净化材料的发展开辟了一片新天地，也为人们对健康环境需求的解决提供了有效的途径。
２００６年第２７卷第３期
ＴｉＯ２光催化氧化技术在水处理中的应用
朱 雷 宋宏娇 （武汉科技大学）
摘 要： 综述了ＴｉＯ。光催化氧化的基本原理、光催化剂的制备方法及提高光催化效率的途径；纳ＴｉＯ２薄膜及粉 体在环境保护中的应用，提出光催化技术目前存在的问题及发展方向。 关键词：ＴｉＯ２； 光催化； 废水处理； 应用
ＴｉＯ。光催化研究起源于１９７２年日本科学家 Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ和Ｈｏｎｄａ用Ｔｉ０ 薄膜为电极，利用光能 分解水的实验。１９７６年，Ｊ Ｈ Ｃａｒｒｙ报道了ＴｉＯ 光催 化氧化法用于污水中ＰＣＢ化合物脱氯去毒的成功 结果后，半导体ＴｉＯ。光催化技术在污水处理、空气 净化和抗菌方面的研究广泛开展起来，ＴｉＯｚ由于具 有抗化学和光腐蚀、性质稳定、无毒、催化活性高、价 廉等特性，对难降解的有机物具有很好的降解作用， 能处理多种有机和无机污染物，因此，具有广阔的应 用前景。 １ ＴｉＯ２光催化机理 纳米ＴｉＯ。是Ｎ型半导体，能带和导带之间的带 隙能为３．２ ｅＶ，其能量相当于波长为３８７．５ ｎｍ的紫 外光，当被该紫外光照射时，处于能带上的电子被激 发到导带上，生成高活性的电子ｅ一，在能带上产生 带正电荷的空穴ｈ 。ＴｉＯ 与水接触，水分子和被溶 解的氧与产生的ｈ ，ｅ一作用，生成强氧化性的 ＯＨ一，Ｏ。，并通过 ＯＨ一，ｔｌ 和（） 等渐渐将有机物 降解为ＣＯ。和Ｈ。Ｏ等无机物。同时，ｅ一具有强还原 性，还可将无机物高氧化态的氧化物或贵金属离子 还原成低氧化态的氧化物或单质，或将低价离子氧 化成高氧化态的氧化物沉淀出来，达到治理和回收 的目的。 ２ ＴｉＯ 光催化剂的制备及其改性 ＴｉＯ。光催化剂的制备方法一般分为气相法和 液相法。气相法包括气体冷凝法、活性氢一熔解金属 反应法、溅射法、流动液面上真空蒸镀法、通电加热 蒸发法和混合等离子法；液相法包括沉淀法和溶胶一 凝胶法、微乳液法、水热合成法等。 ９２ 目前广泛使用的ＴｉＯ。光催化材料虽然稳定性 好，催化效率高，但主要使用的是３８７．５ ｎｍ以下的 紫外光，这部分光辐射到地面仅占光辐射总量的４ 左右。所以，目前均采用人工光源，有能耗大的问题。 如果能将光催化剂的光谱利用范围扩展到可见光， 则可使设备投资和运行成本大大降低。因此，将光催 化有效波长扩展到可见光区的研究引起了国内外科 学家的高度重视，已成为近年来光催化研究的热点 课题。目前常用的改性方法有以下２种：一种是对催 化剂进行表面改性；另一种是将催化剂制成纳米材 料。改性后的ＴｉＯ。降低了电子一空穴在表面的复合 几率，将可利用光谱从紫外光区扩展到可见光区，体 现出了越来越多的优越性。 近年来科学工作者们一直在致力于研究Ｔｉ０。 光催化剂的改性处理方法上，并做了大量的理论和 实用研究，研究中主要的改性方法有：表面光敏化、 半导体的金属离子掺杂、复合半导体、非金属掺杂、 贵金属沉积、ＴｉＯ。表面超强酸化、表面处理、复合薄 膜、聚合物改性及碳黑造孑Ｌ等。 ３ Ｔｉｏ 光催化氧化在水处理中的应用 ３．１废水中有机污染物的降解 有机化合物废水处理常规方法有吸附法、混凝 沉降法、生化法等，但这些常规的处理法目前很难达 到去除难降解有机物的目的，即使降解了，也易造成 二次污染。现在正在发展中的Ｔｉ０。光催化技术是一 种深度氧化技术，可以解决这个难题。大量研究证 明，该技术对水中染料、卤代脂肪烃、卤代芳烃、有机 酸、硝基芳烃、杂环化合物、烃类、酚类、表面活性剂、 农药等都能有效地进行光催化反应，生成ＣＯ。和 Ｈ。Ｏ等无机小分子，可以完全达到无机化的目的，
