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纳米自清洁技术的资料
纳米自清洁技术是一种新型的清洁技术，其基本原理是利用纳米材料的特殊性质，在表面形成一层微观的纳米结构，使其具有自净能力。
这种技术可以应用于各种材料表面，如建筑物外墙、汽车、家电、玻璃等。
目前，纳米自清洁技术可分为两种类型：一种是利用超疏水性（hydrophobic）纳米材料，使其在表面形成微观的多孔结构，使水滴或污渍无法附着在表面上，进而实现自清洁的效果。
另一种是利用光触媒纳米材料，在阳光的照射下可以将空气中的污染物质分解掉，从而达到自净的效果。
纳米自清洁技术具有许多优点，如长期保持清洁、耐腐蚀、减少清洁成本、节省水资源等。
同时，也可以帮助减少空气污染和防止细菌滋生。
随着技术的不断发展，纳米自清洁技术已经成为全球技术研究的重大方向之一。
未来，其应用范围将会更加广泛，也将会成为建筑、交通等领域的一个重要发展趋势。
光催化纳米材料在生活中的应用摘要：伴随着科技的飞速发展，光催化纳米技术已经取得了显著的成就，并被普遍采用。
尤其在生态环境的维护，特别是污水处理、大气治理和噪音污染治理领域起到了极其重要的作用。
它的影响力已经变得至关重要。
这篇文章详细阐述了光催化反应的基本机制，并且讨论了光催化纳米材料在环境保护领域的具体运用。
关键词：纳米材料；光催化反应；环境保护；二氧化钛良好的生态环境是我们人类赖以生存的基础，可是随着人类科学技术的进步和发展，我们的生态环境面临着越来越严重的恶化。
生态环境的治理俨然已经成为我们人类长久生存的第一要务。
光催化纳米材料在生态保护和污染治理方面发挥着不可或缺的重要作用。
[1]光催化纳米材料，即在光照环境中进行化学反应所必需的半导体物质。
光催化纳米材料在室温下可以直接利用阳光将各种污染物分解，并且不会造成二次污染，是一种非常理想的污染治理的材料，常见的光催化纳米材料有Fe203、TiO2、WO3、SnO2、CuO、Al2O3、ZnO等。
1 光催化纳米材料的工作原理光催化纳米材料是指在光作用下可以诱发氧化－还原反应的一类半导体纳米材料，具有很高的稳定性和氧化能力。
此类材料通常在光催化反应中充当催化剂参与到反应，光催化剂的种类有很多，包括氧化物、硫化物、氮化物等。
当前人们通常采用半导体能带理论来解释光催化反应的机理：区别于普通的金属材料或者绝缘物质，光催化纳米材料具有特殊的能带结构，即价带(Valence Band,VB)和导带(Conduction Band,CB)之间存在一个禁带(Forbidden Band,Band Gap)，这种独特的电子结构存在明显的不连续性[2]。
当用光照射激发光催化纳米材料且光能量超出或者等于能隙的限值时，价带上的电子会被激发跃迁到导带上。
光生载流子在电场作用下通过扩散迁移到材料表面，并且在价带上留下相对稳定的空穴，形成电子—空穴对。
并且价带上的光生空穴h+具有很强的氧化能力，可以氧化材料表面被吸附物质的电子(e-)，而跃迁到导带上的电子(e-)具有很强的还原能力。
纳米功能材料及应用课题：纳米功能材料与环保姓名：黄永兴学号：09021039班级：材料92书院：崇实书院学院：材料科学与工程学校：西安交通大学时间：2010年五月前言纳米技术具有极大的理论和应用价值，纳米材料被誉为“21世纪最有前途的材料”。
纳米技术研究在0.1~100nm尺度范围内物质具有的特殊性能及其应用。
广义的纳米材料是指在三维空间中，至少有一维达到纳米尺度范围，或以其为基本单位所构成的材料。
纳米材料具有辐射、吸收、杀菌、吸附等特性，众多研究表明这些新特性将在环境保护领域产生深远的影响。
本文就纳米材料及其在环境保护领域的应用进行了阐述。
关键词：纳米材料、环境保护、纳米TiO2一、纳米材料及其性质纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。
从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在０.１微米以下（注１米＝1000毫米，１毫米＝1000微米，１微米＝1000纳米，１纳米＝１０埃），即１００纳米以下。
因此，颗粒尺寸在１～１００纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。
纳米氧化铝显白色蓬松粉末状态，晶型是γ-Al2O3。
粒径是20nm；比表面积≥160m2/g。
粒度分布均匀、纯度高、极好分散，其比表面高，具有耐高温的惰性，高活性，属活性氧化铝；多孔性；硬度高、尺寸稳定性好，具有较强的表面酸性和一定的表面碱性，被广泛应用作催化剂和催化剂载体等新的绿色化学材料。
可广泛应用于各种塑料、橡胶、陶瓷、耐火材料等产品的补强增韧，特别是提高陶瓷的致密性、光洁度、冷热疲劳性、断裂韧性、抗蠕变性能和高分子材料产品的耐磨性能尤为显著。
极好分散，在溶剂水里面；溶剂乙醇、丙醇、丙二醇、异丙醇、乙二醇单丁醚、丙酮、丁酮、苯、二甲苯内，不需加分散剂，搅拌搅拌即可以充分的分散均匀。
在环氧树脂，塑料等中，极好添加使用。
纳米技术及其在涂料领域的应用
纳米技术是一种新兴的技术，它可以将物质的尺寸缩小到纳米级别，从而赋予物质新的性质和功能。
在涂料领域，纳米技术的应用已经成为了一种趋势，它可以提高涂料的性能和功能，同时也可以降低涂料的成本和环境污染。
纳米技术在涂料领域的应用主要包括以下几个方面：
1. 纳米颗粒增强涂料的性能
纳米颗粒可以增强涂料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和耐候性等性能。
例如，将纳米氧化铝颗粒添加到涂料中，可以提高涂料的硬度和耐磨性；将纳米二氧化钛颗粒添加到涂料中，可以提高涂料的耐候性和抗紫外线性能。
2. 纳米涂层提高涂料的功能
纳米涂层可以赋予涂料新的功能，例如自清洁、抗菌、防静电等。
例如，将纳米二氧化钛涂层施加在玻璃表面上，可以使玻璃具有自清洁功能；将纳米银涂层施加在医疗器械表面上，可以使器械具有抗菌功能。
3. 纳米涂料降低涂料的成本和环境污染
纳米涂料可以降低涂料的成本和环境污染。
例如，将纳米硅颗粒添
加到涂料中，可以降低涂料的黏度和表面张力，从而减少涂料的使用量和涂装时间；将纳米氧化铁颗粒添加到涂料中，可以降低涂料的挥发性有机物含量，从而减少涂料对环境的污染。
纳米技术在涂料领域的应用具有广阔的前景和应用价值。
随着纳米技术的不断发展和成熟，涂料的性能和功能将会得到进一步提升，同时也将会降低涂料的成本和环境污染，为人类的生活和环境保护做出更大的贡献。
纳米TiO2自清洁性及其应用 201240720221刘婷 应化2班
摘 要：由于自洁净材料具有光催化、自清洁 、 抗菌等功能 ,人们对光催化自洁净材料的研究日益关注，市场对于自清洁薄膜产品的需求也日益增加，其发展前景非常乐观。本文主要概述了纳米二氧化钛自清洁材料的机理及应用。
关键词：光催化；TiO2；自清洁；应用
1 引言 随着人类社会的发展，环境污染问题受到人们越来越多的关注，如何消除或减少工业生产对环境造成的污染已成为一个全球性的问题。TiO2能直接利用包括太阳光在内的各种途径的紫外光，在室温下对各种有机的或无机的污染物进行分解或氧化，从空气中清除这些污染物。该项技术具有能耗低、易操作、除净度高等特点，尤其对一些特殊的污染物具有比其他方法更突出的去污效果，而且没有二次污染等，成为多相光催化领域的研究热点，具有广泛的应用前景。 2 自清洁机理 2.1 光催化机理 TiO2是一种n型半导体材料，有强的氧化性和还原性。在光化学反应中，以TiO2
作催化剂，在太阳光，尤其是在紫外线的照射下，使TiO2固体表面生成空穴(h+)和电
子(e-)。空穴(h+)使H2O氧化，电子(e-)使空气中的O2还原，使有机物氧化为CO2、H2O等简单的无机物[1]。光催化反应的机理模式如下: TiO2 + hγ → e- + h+ h+ + H2O →·OH+ H+ e- + O2 →·O2-
·O2- + H+ →HO2· 2HO2·→O2+H2O2 H2O2+·O2-→·OH +OH- 1.2 亲水性机理 在紫外光照射的条件下，氧化钛表面的超亲水性是由于其表面的结构变化：在紫外光的照射下，氧化钛价带的电子被激发到了导带，电子和空穴向氧化钛表面迁移，在表面形成电子空穴对，电子与Ti4+反应，空穴则同薄膜表面的桥氧离子反应，分别生成Ti3+和氧空位，空气中的水分子与氧空位结合形成表面羟基,形成物理吸附水层, 其表面就会有极强的亲水性,与水的接触角减小到5°以下,甚至水滴可以完全浸润二氧化钛薄膜表面，薄膜具有的这种性质称为超亲水性。 从实际应用角度看，薄膜所处的环境是复杂多变的，涉及到温度、空气的湿度、日照时间、空气中灰尘的浓度等因素。特别是空气中的灰尘，一旦积聚在薄膜表面并形成化学结合，必将大大减弱薄膜的亲水性能。TiO2薄膜必须不断进行光催化降解而除去这些污染物，才能达到自清洁的效果[2]。 2 自清洁材料的应用 在室内环境净化研究中，利用纳米TiO2的光催化性和超亲水性, 将纳米TiO2负载在墙纸、日光灯、窗玻璃上，可以除去空气中的细菌和有机污染物；经纳米TiO2负载的抗菌陶瓷用品是医院、宾馆卫生设施抗菌除臭的理想材料；将纳米TiO2掺入建筑涂料中,可以提高涂料的防水性,防污性，而且对人体和环境无任何损害。将纳米TiO2
膜用于建筑材料表面时,可使建材表面具有净化空气、杀菌、除臭、防污等环保功能，
大大节省保洁费用。 2.1 自清洁玻璃 2.1.1 自清洁玻璃的定义 自清洗玻璃是优质清洁玻璃基片镀膜后，经太阳光照射后，具有降解有机物和光诱导超亲水性，在雨水的洗刷下，能将污物松散和除去，达到玻璃表面的自洁净的玻璃[3]。 2.1.2 自清洁玻璃的机理 自清洁玻璃则是通过在玻璃表面镀制TiO2光催化涂层来实现的。该涂层在阳光中的紫外线的作用下，将其表面附着的有机物分解为H2O和无害的无机物, 使玻璃表面具有超亲水性，从而使玻璃变得易清洗、不结雾。当水在TiO2薄膜表面的接触角小于15°时具有高的水流动性，小于10°时有自清洁效果，小于7°时有防雾效果[4]。 2.2 自清洁陶瓷 在陶瓷表面涂以TiO2的途层，可以使这些材料的表面经光照后具有防污垢沉积、易洗、易干等“自洁”功能。陶瓷的表面吸附了空气中的有机物和无机物后，有机物不溶于水，形成污垢，表面变脏，且有机污垢用水很难擦洗干净。如果这些材料表面涂敷-层TiO2薄膜，利用光催化作用，可以把吸附在表面的有机物分解成CO2和H2O，剩余的无机物可以被雨水冲刷干净，这个过程就是自清洁[5]。 日本ToTo公司在世界上首先开发出具有抗菌效果的建筑卫生陶瓷。目前我国在自洁净陶瓷的研究和开发方面也已取得了明显的进展。刘平等采用改进的Sol-Gel技术制备了负载型自清洁陶瓷,考察了热处理条件和膜厚度等光催化膜制备与反应条件对自清洁陶瓷光催化活性的影响,研究结果表明,灭菌效果和油酸光降解速度取决于负载光催化膜的晶相组成、晶粒大小及其比表面积。贺飞等采用溶胶-凝胶法,在自制的陶瓷釉体表面负载粒径大小为40～100 nm的TiO2晶粒 ,形成透明均一无“彩虹效 应”的TiO2光催化薄膜型自洁功能陶瓷,具有超强亲水性和去污功能[6]。 2.3 自清洁涂料 自清洁涂料，也称自洁净涂料、光催化剂涂料等，在功能上与自清洁陶瓷或自清洁玻璃一样，利用了光催化材料的超级氧化，分解污物的能力和超亲水性。与自清洁瓷砖或玻璃不同的是，涂料可以在室温下成膜、可适用范围和场合更广、制作和运输更方便、价格更低廉[7]。 自清洁涂层能够使表面污染物或灰尘颗粒在重力、雨水、风力等外力作用下自动脱落或通过光催化降解而除去，具有节水、节能、环保等优点，在建筑、交通、 新能源等行业具有重要的应用前景。近年来，它已成为先进功能涂料的研究热点。目前，基于不同的自清洁原理，已发展了两类自清洁涂层。一类是超疏水(水接触角>150°)自清洁涂层，它通过水滴滚动带走灰尘，实现类似于荷叶的自清洁功能。如在 2000 年，德国推出具有“荷叶自清洁”功能的硅树脂外墙涂料，墙面灰尘可通过雨水冲刷去除，达到自清洁效果。但现有超疏水涂层仍存在制备工艺复杂、制备面积小、力学性能差、耐油性污染物能力差等问题，缺乏实际使用价值。另一类是基于无机光催化半导体材料的自清洁涂层。在这一类自清洁涂层中，最为典型的是二氧化钛(TiO2)涂层材料[8]。 2.4 自清洁纺织品 纺织品经常洗涤容易起毛起球和变形，既影响穿着舒适性又影响美观。因此，研究与开发出一种具有光催化自清洁功能的纳米自清洁纺织产品，将具有较大的实际意义，能产生较大的经济效益与社会效益。 经过纳米自清洁整理的羊绒织物纤维表面均匀分布了大量的纳米复合粉体颗粒。 由于纳米材料粒径小，表面能高，因此它能牢而提高，这是因为增加纳米整理剂浓度的同时，吸附在羊绒针织品上的纳米TiO2复合粉体将会增加，当光子照射到织物表面的时候，就会激发出更多的高活性自由移动的光生电子(e-)和空穴(h+)，生成更多的超氧阴离子自由基(·O2-)和羟基自由基(·OH )，致使更有效地将有机油污直接氧化为CO2和 H2O等无机小分子[9]。 纳米TiO2用于对织物的整理,在日光照射或其他含有紫外光的光线照射下,织物中的纳米二氧化钛产生光催化作用,具有排除灰尘、气味、细菌、色泽污迹及分解有害有机物质如甲醛等物质的功能。 2.5 自清洁绿色外墙瓷砖 外墙瓷砖在建筑上使用广泛，但其清洗维护则存在劳动强度大、环境污染重和成本费用高等问题。 绿色外墙瓷砖是指具有光催化性能和自清洁功能的环境友好型免维护外墙瓷砖，通常在普通外墙瓷砖表面通过物理或化学方法沉积一层坚硬牢固的光活性纳米二氧化钛膜层。二氧化钛膜层经过太阳光中的紫外线照射后，能够将表面附着的油污等有 机污染物高效降解为二氧化碳和水。同时，无机污染物也不易附着在自洁净外墙瓷砖表面，经紫外线照射的瓷砖表面具有良好的亲水性。雨水落在外墙瓷砖上面时，形成一层薄的水膜，而不是水珠，雨水不会聚集在一处而是扩散到整个表面,均匀地冲刷掉浮在瓷砖表面上的污迹，不会在普通外墙瓷砖上留下难看的条痕。通常自然的降雨就能够使绿色外墙瓷砖保持长期的清洁效果。在雨水稀少时，降解后的污迹颗粒能够被风吹掉，用清水简单地冲洗也能使外墙瓷砖保持洁净[10]。 3 结语 研发具有抗菌和自净化功能的自清洁材料对保护环境和实现可持续发展具有重要意义,这类新型功能材料的使用面极广,具有广阔的发展和应用前景。但是,目前自清洁材料的产业化受到了一些技术上的制约:其在可见光下的光催化效率太低, TiO2
膜的大面积制备技术也不够成熟,自清洁性能的持久性还有待提高等。今后的自清洁
材料将会朝着光催化效率更高,自清洁性能更稳定的方向发展。同时,自清洁材料的应用领域还可以不断的拓宽,如空气净化、污水处理、光催化反应器和太阳能电池组件等。只有通过不断的研究和探索,才能更大的发挥光催化自洁净材料的作用,使它能满足人们对较高生活质量的追求。
参考文献： [1]丁浩，童忠良，杜高翔．纳米抗菌技术[M]．北京：化学工业出版社，2008：101-101． [2]方敏，董如林，陈智栋，等. TiO2薄膜的亲水性及光催化自清洁效果[J]．常州大学学报（自然科学版），2012，24(2)：11-16． [3]林改.掺杂光催化自清洁玻璃[J]．玻璃，2012，(7)：30-35． [4]李海洋，陈耀存，杜湘琴，等.环保型低辐射-自清洁玻璃的研究[J]．广西轻工业，2007，(1)：33-34． [5]杨华明，张向超，欧阳静．低维金属氧化物纳米材料[M]．北京：科学出版社，2012：245-245． [6]刘太奇，操彬彬，王晨.纳米TiO2自清洁材料的研究进展[J]．热加工工艺技术与材料研究，2010，(10)73-75． [7]刘春艳．纳米光催化及光催化环境净化材料[M]．北京：化学工业出版社，2008：134-134． [8]周树学，杨玲.二氧化钛自清洁涂层的研究现状与评述[J]．现代涂层技术，2013，32(1)：57-61． [9]胡海霞，孟家光，郝凤鸣．纳米自清洁羊绒针织品的研究与开发[J]．针织工业，2009，(6)：54- 56． [10]蔡弘华，李海洋，李润，等. 绿色外墙瓷砖的光催化自清洁研究[J]．新型建筑材料，2007，(3)：63-65．
