納米二氧化鈦的應(yīng)用現(xiàn)狀與相應(yīng)發(fā)展

1、納米二氧化鈦的應(yīng)用現(xiàn)狀與相應(yīng)發(fā)展一、引言二、納米TiO2概述三、納米TiO2生產(chǎn)現(xiàn)狀四、納米TiO2的發(fā)展五、納米TiO2的應(yīng)用一、引言 納米材料是指任意一維的尺度小于100nm的晶體、非晶體、準(zhǔn)晶體以及界面層結(jié)構(gòu)的材料。 納米微粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)使得它們在電、磁、光、敏感性等方面表現(xiàn)出常規(guī)粒子不具備的特性。 二、納米TiO2概述 納米二氧化鈦，亦稱納米鈦白粉。外觀為白色疏松粉末。具有抗紫外線、抗菌、自潔凈、抗老化功效，可用于化妝品、功能纖維、塑料、油墨、涂料、油漆、精細(xì)陶瓷等領(lǐng)域。 納米二氧化鈦對可見光和波長在200-400nm間的紫外光是透明的，可用作

2、透明效應(yīng)顏料和紫外光吸收劑，對紫外光有著很好的屏蔽能力，可用于制造化妝品和包裝材料，制作多種消毒、防臭和水果保鮮用品，又因其分散性好不沉降可用于高檔油墨。 從尺寸大小來說，納米級二氧化鈦的粒徑在1100nm之間，比表面積遠(yuǎn)大于普通二氧化鈦，因此具有很大的表面活性，并以其顆粒尺寸的優(yōu)勢而具有許多超過普通鈦白粉的優(yōu)點，光催化降解有機(jī)物活性和氣敏濕敏性也顯著增強(qiáng)。 氣敏性是氣體敏感性能的簡稱，一般指材料某一性能（如電阻等）在通入某氣體（如乙醇，甲烷，氫氣等）發(fā)生變化，而氣敏性就是用來表示這種變化的程度，變化程度越大說明氣敏性越好。氣敏性的綜合性能還包括：響應(yīng)及恢復(fù)時間，最佳響應(yīng)溫度，靈敏度，穩(wěn)定時間

3、長短等。 納米二氧化鈦主要有兩種結(jié)晶形態(tài)：銳鈦型和金紅石型。金紅石型二氧化鈦比銳鈦型二氧化鈦穩(wěn)定而致密，有較高的硬度、密度、介電常數(shù)及折射率，其遮蓋力和著色力也較高。而銳鈦型二氧化鈦在可見光短波部分的反射率比金紅石型二氧化鈦高，帶藍(lán)色色調(diào)，并且對紫外線的吸收能力比金紅石型低，光催化活性比金紅石型高。三、納米TiO2的生產(chǎn)現(xiàn)狀國外納米TiO2的生產(chǎn)現(xiàn)狀 20世紀(jì)80年代以前，納米TiO2的研究開發(fā)目的主要是作為精細(xì)陶瓷原料、催化劑、傳感器等，需求量不大，沒有形成大的生產(chǎn)規(guī)模。80年代以后，開發(fā)的納米TiO2用作透明效應(yīng)和紫外線屏蔽劑，為納米TiO2打開了市場，使納米TiO2的生產(chǎn)和需求大大增加，

4、成為鈦白工業(yè)和涂料工業(yè)的一個新的增長點。 由于納米TiO2在催化及環(huán)境保護(hù)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，并可用于日用產(chǎn)品、涂料、電子、電力等工業(yè)部門，因此，納米TiO2展現(xiàn)出巨大的市場前景。日本、美國、英國、德國和意大利等國對納米TiO2進(jìn)行了深入的研究，并已實現(xiàn)納米TiO2的工業(yè)化生產(chǎn)。目前全世界已經(jīng)有十幾家公司生產(chǎn)納米TiO2，總生產(chǎn)能力估計在(600010000)t/a，單線生產(chǎn)能力一般為(400500)t/a。 根據(jù)莎哈里本公司統(tǒng)計，2003年全球納米TiO2銷售量僅為1800t左右，其消費量與產(chǎn)品應(yīng)用見表1。 近幾年，有關(guān)納米TiO2的新建裝置已很少報道，主要是已建成裝置的生產(chǎn)能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)

5、超出市場的實際消費量，多數(shù)廠家處于開工不足或停產(chǎn)的狀態(tài)。主要原因是目前國際上公認(rèn)的納米TiO2制備和應(yīng)用技術(shù)還有待于提高，技術(shù)要點和難點主要表現(xiàn)在以下幾個方面 ：國際上納米TiO2的價格為(3040)萬元/t，其成本大致是銷售價格的2/5，原料和工藝路線的選擇是降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素；納米TiO2的晶型和粒度控制技術(shù)；金紅石型納米TiO2的表面處理技術(shù)；納米TiO2應(yīng)用分散技術(shù)；納米TiO2應(yīng)用功能的提升技術(shù)；納米TiO2產(chǎn)業(yè)化成套技術(shù)。 美國迪林納米材料開發(fā)有限公司，是一家致力于納米材料及功能性材料研究、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的民營高科技企業(yè)。公司位于甘肅省隴南工業(yè)小區(qū)，與陜西漢中市、四川廣

6、元市、旅游風(fēng)景區(qū)九寨溝毗鄰，212國道線從境內(nèi)穿過，緊鄰寶成鐵路線。 自2001年建成第一條企業(yè)自主知識產(chǎn)權(quán)的納米二氧化鈦生產(chǎn)線，相繼開發(fā)了納米氧化鋅，納米氧化硅，納米導(dǎo)電ATO，及遠(yuǎn)紅外粉、銀系無機(jī)抗菌劑、導(dǎo)電鈦白、磁性鐵氧體、竹炭粉、負(fù)離子粉體等功能性粉體，并形成批量生產(chǎn)能力。 產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于化妝品、涂料、化纖、陶瓷、塑料等領(lǐng)域的提檔、換代與升級，市場拓展空間廣泛。 其公司生產(chǎn)的“美迪林”牌納米TiO2系列產(chǎn)品根據(jù)化妝品原料特性，經(jīng)過特殊表面處理，有多種型號適用于各種化妝品中，其具體特點如下：（1）對人體是無毒安全的， 對皮膚沒有刺激性，不致癌 （2）對紫外線吸收能力強(qiáng)，既能防護(hù)UVB對人

7、體的危害，又能對UVA起防護(hù)作用，使防曬產(chǎn)品在UVB及UVA區(qū)域?qū)ψ贤饩€均有良好的防護(hù)作用根據(jù)生物效應(yīng)的不同，將紫外線按照波長劃分為四個波段: 紫外線的分類有 UVA、UVB、UVC和UVD。其中UVC因為波長較短，在大氣中就已經(jīng)被臭氧層給吸收、散射掉了，所以無法到達(dá)地面。UVB的波長居三者之中，波長僅能達(dá)到肌膚的表皮, 它對人體具有紅斑作用，能促進(jìn)體內(nèi)礦物質(zhì)代謝和維生素D的形成，但長期或過量照射會令皮膚曬黑，并引起紅腫脫皮。而波長較長的UVA，會深入肌膚的深層，傷害肌膚的真皮層，而造成肌膚老化。 （3）對皮膚有固著性，而且耐汗，即所謂的抗水性（4）無臭味、怪味，具有藍(lán)色底相和一定的遮蓋力 （

8、5）耐候性好、揮發(fā)性小、熱穩(wěn)定性好、不與配方中其它組分起化學(xué)反應(yīng) （6）分散性好，可與化妝品其它組分配伍 （7）很少的添加量但可獲得較高的SPF值 防曬系數(shù)（Sun Protection Factor），英文縮寫為SPF，是指在涂有防曬劑防護(hù)的皮膚上產(chǎn)生最小紅斑所需能量，與未加任何防護(hù)的皮膚上產(chǎn)生相同程度紅斑所需能量之比值，簡單說來，它就是皮膚抵擋紫外線的時間倍數(shù)。在購買防曬霜時，要注意SPF值，它不是越高越好，越高皮膚“呼吸”越困難 。 我國納米TiO2的現(xiàn)狀 在國外普遍開展了納米TiO2的制備和應(yīng)用技術(shù)開發(fā)，并取得了階段性成果，我國納米TiO2的研究在“九五”期間形成了高潮，據(jù)了解，進(jìn)行納

9、米粉體制備技術(shù)研究的科學(xué)院所和高校幾乎都在進(jìn)行和進(jìn)行過納米TiO2的研究。重慶大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系是國內(nèi)最早(1989年)研究納米TiO2的單位，華東理工大學(xué)、中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所是目前研究技術(shù)較全面、報道最多的單位。 國內(nèi)主要研究單位與制備方法見表2： 目前，國內(nèi)涉足納米TiO2生產(chǎn)的公司約有十家，總生產(chǎn)能力在1000多噸。四川攀枝花鋼鐵(集團(tuán))公司鋼鐵研究院年產(chǎn)200t生產(chǎn)裝置是我國技術(shù)裝備較先進(jìn)、品種最為齊全的裝置，可以生產(chǎn)金紅石型和銳鈦型兩大系列各有4個(1040)nm的粉體品種； 由淮北蘆嶺煤礦和騰嶺工貿(mào)有限公司共同組建的安徽科納新材料有限公司年產(chǎn)100t生產(chǎn)基地在宿州市建成； 安徽

10、科納新材料有限公司生產(chǎn)的KN100A銳鈦礦型納米級二氧化鈦(光觸媒) 具有良好的光催化活性及獨特紫外光激活催化作用，其吸收紫外光后形成的電子-空穴對與吸附與其表面的O2和H2O作用，生成氫氧自由基，具有很強(qiáng)的氧化能力，能夠使絕大多數(shù)的有機(jī)物被光催化氧化分解為水和二氧化鈦，從而減輕乃至完全消除原有的危害性。它的性能穩(wěn)定、易分散、易成型、吸收光波范圍較寬。 另外，該公司生產(chǎn)的金紅石型親水納米二氧化鈦KN-100R2-3，主要成份為納米級二氧化鈦（nm-TiO2），產(chǎn)品的粒徑、粒度、比表面積和形狀,可人為進(jìn)行調(diào)控；經(jīng)特殊的表面包膜工藝具有良好的分散性、耐候性和優(yōu)異的紫外屏蔽性能,表面性質(zhì)均為親水性,

11、可廣泛地應(yīng)用于化妝品、涂料工業(yè)、塑料工業(yè)、化纖和橡膠工業(yè)等現(xiàn)代化工業(yè)領(lǐng)域中。 上海江滬鈦白化工制品有限公司奉賢分公司，是上海市一家近三十年歷史的大型鈦白粉深加工企業(yè)，年加工各種專用特種鈦白粉六萬余噸。有各種食品添加劑二氧化鈦、有系列化妝品二氧化鈦、化纖二氧化鈦（消光劑）年產(chǎn)三萬六千余噸（固體和液體）及化學(xué)純二氧化鈦、分析純二氧化鈦和建筑上用的各種除氣味的（光觸媒催化劑）納米二氧化鈦分散液及各種工業(yè)二氧化鈦（固體和液體）等產(chǎn)品。 其生產(chǎn)的0966納米TiO2采用世界一流的表面處理和預(yù)分散工藝，將納米TiO2粒子界面形成完整和強(qiáng)韌的界面膜包敷，通過增大溶劑化力和空間位阻的方式，保護(hù)納米粒子不再聚集

12、，同時通過充分的預(yù)分散，將納米TiO2均勻分散形成2520nm的顆粒粒徑，并使粒子表面形成擴(kuò)散的雙電層，保證了分散液的穩(wěn)定性，使它高度透明，在皮膚上易于鋪展且不會泛白。使分散液具有極佳的UV屏蔽性和較高的SPF值，可以生產(chǎn)出具有優(yōu)越的UV屏蔽效果和高SPF值的防曬劑。 而0967納米氧化鈦分散液采用微乳液和均勻沉淀相結(jié)合的先進(jìn)制備技術(shù)得到純度高達(dá)99.1%的高純納米金紅石型二氧化鈦；采用了均勻膜包覆方法在二氧化鈦表面附上多種無機(jī)氧化物薄膜，使其表面性質(zhì)由親水性轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)疏水性；采用了特殊的微觀混合和微觀分散技術(shù)，配以優(yōu)選的表面活性劑，制備出均勻穩(wěn)定的油性體系分散液。 濟(jì)南裕興化工總廠擁有先進(jìn)的納

13、米TiO2生產(chǎn)線(已通過省級鑒定)，具備年產(chǎn)100t生產(chǎn)能力，可提供納米銳鈦型、金紅石型的粉體和漿料共4個品種、多種規(guī)格的產(chǎn)品； 此外，四川永祿科技有限公司、浙江舟山明日納米有限公司、江蘇五菱常泰納米材料有限公司、河北茂源化工有限公司納米TiO2裝置也已建成。 四、納米TiO2的發(fā)展1）納米TiO2生產(chǎn)的特點 縱觀國外納米TiO2的生產(chǎn)，存在著以下特點：生產(chǎn)原料主要為四氯化鈦、硫酸氧鈦，生產(chǎn)方法主要有氣相法和液相法。氣相法主要有以四氯化鈦為原料的氫氧火焰水解法，而液相法主要是以四氯化鈦和硫酸氧鈦為原料的化學(xué)沉淀法，且多數(shù)生產(chǎn)廠家為鈦白粉生產(chǎn)廠，充分利用了原有氯化法和硫酸法生產(chǎn)裝置的中間產(chǎn)物、生

14、產(chǎn)技術(shù)、公用工程和生產(chǎn)管理方面的經(jīng)驗。我國納米TiO2的研究和生產(chǎn)具有以下幾個特點： 對納米TiO2的研究多、面廣，力量分散，低水平的重復(fù)性研究現(xiàn)象嚴(yán)重，企業(yè)介入的力度不夠； 重點進(jìn)行了納米TiO2制備技術(shù)的開發(fā)，對納米TiO2的應(yīng)用技術(shù)開發(fā)力度較小，尤其是有關(guān)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)沒有突破性進(jìn)展； 生產(chǎn)規(guī)模小、基本采用濕法工藝，土法上馬，產(chǎn)品質(zhì)量差，現(xiàn)有市場空間較小，沒有給企業(yè)帶來想象中的高利潤。目前，我國納米TiO2的市場價格大致為(742)萬元/t，因為晶型、質(zhì)量和產(chǎn)地不同價格差距較大，國內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品價格為(724)萬元/t。 2）我國納米TiO2生產(chǎn)的發(fā)展建議 a.生產(chǎn)工藝的比較 氣相法反應(yīng)速

15、度快，能實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，而且制備的納米TiO2純度高、分散性好、團(tuán)聚少、比表面活性大，產(chǎn)品特別適合于精細(xì)陶瓷材料、催化劑材料和電子材料。但氣相法反應(yīng)在高溫下瞬間完成，要求反應(yīng)物料在較短的時間內(nèi)達(dá)到微觀上的均勻混合，對反應(yīng)器的形式、設(shè)備的材質(zhì)、加熱方式、進(jìn)料方式均有很高的要求。目前氣相法在我國處于小試階段，欲達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)，還要解決一系列工程問題和設(shè)備材質(zhì)問題。 b.原料生產(chǎn)路線 我國鈦白工業(yè)近十年來發(fā)生了很大的變化，取得了令人矚目的成就，其硫酸法鈦白的生產(chǎn)已與國外先進(jìn)技術(shù)差距不多，總生產(chǎn)能力已躍居世界第二位，僅次于美國。 根據(jù)納米TiO2的生產(chǎn)特點，結(jié)合國內(nèi)鈦白生產(chǎn)的具體情況，我們提出了以硫酸

16、法生產(chǎn)的中間產(chǎn)物硫酸氧鈦為原料的生產(chǎn)路線，充分利用我國在硫酸法鈦白工業(yè)生產(chǎn)中所取得的技術(shù)，以及工程化方面的經(jīng)驗，發(fā)展我國的納米TiO2工業(yè)。 c.生產(chǎn)規(guī)模的確定 目前，國內(nèi)納米TiO2的需求量一種觀點認(rèn)為應(yīng)在1萬t左右，一種觀點認(rèn)為在1000t以下，我們認(rèn)為在目前的情況下，后一種觀點可能更符合國內(nèi)的現(xiàn)實。目前國內(nèi)納米TiO2的生產(chǎn)能力已經(jīng)能夠滿足現(xiàn)有市場的需求，但隨著我國納米產(chǎn)品的普及程度和人們消費觀念的改變以及我國整體經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)穩(wěn)步發(fā)展的態(tài)勢，納米TiO2必將迎來廣闊的市場發(fā)展空間。因此，新上項目應(yīng)在(400500)t/a的生產(chǎn)規(guī)模，同時最好建在鈦白生產(chǎn)廠內(nèi)。d.生產(chǎn)方法的選擇 化學(xué)沉淀法一般

17、分為均勻沉淀法、直接沉淀法和共沉淀法三種。其中均勻沉淀法具有工藝簡單、產(chǎn)品質(zhì)量好、易于操作等特點，是最具工業(yè)化發(fā)展前景的一種制備方法。 均勻沉淀法是利用某一化學(xué)反應(yīng)使溶液中的構(gòu)晶離子由溶液中緩慢、均勻地釋放出來。只要控制好生成沉淀劑的速度，就可避免濃度不均勻現(xiàn)象，使過飽和度控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，從而控制粒子的生長速度，獲得粒度均勻、致密、便于洗滌、純度高的納米粒子，常用的均勻沉淀劑為尿素等。 3）存在的問題 目前，以TiOSO4為原料制備納米TiO2過程中存在的主要技術(shù)問題： 在工藝技術(shù)上，TiOSO4的水解產(chǎn)物過濾、洗滌較為困難。除在工藝上加以改進(jìn)外，還可采用多孔陶瓷膜分離技術(shù)或隔膜壓濾機(jī)對溶

18、液進(jìn)行洗滌過濾，國內(nèi)在這方面已有成熟的工業(yè)化經(jīng)驗； 將銳鈦型TiO2完全轉(zhuǎn)化為金紅石型TiO2時，必須在較高的溫度下通過長時間的加熱，這必將導(dǎo)致粒子的團(tuán)聚或燒結(jié)，產(chǎn)品的分散性變差，影響產(chǎn)品的使用效果和應(yīng)用領(lǐng)域，均勻沉淀法可引入冷凍干燥、共沸蒸餾、超臨界干燥和表面處理等技術(shù)來減少顆粒之間的團(tuán)聚。 目前就如何對納米粒子大小、形態(tài)進(jìn)行有效的控制，通過表面改性提高產(chǎn)品性能以及降低生產(chǎn)成本，減輕納米TiO2產(chǎn)品的團(tuán)聚，提高其分散性將是今后研究發(fā)展方向。 五、納米TiO2的應(yīng)用納米TiO2光觸媒TP05（光觸媒）在建材領(lǐng)域的應(yīng)用高活性納米TiO2光觸媒TP05光觸媒TP05作用機(jī)理納米TiO2光觸媒TP0

19、5的特點納米TiO2光觸媒TP05在建材領(lǐng)域中的應(yīng)用問題與展望 什么是納米光觸媒呢？納米光觸媒是指在光照下，自身不發(fā)生化學(xué)變化，卻可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，其功能就象光合作用中的葉綠素。1.高活性納米TiO2光觸媒TP05作用機(jī)理 高活性納米TiO2光觸媒TP05屬于一種n型半導(dǎo)體材料，它的禁帶寬度為3.2ev (銳鈦礦)，當(dāng)它受到波長小于或等于的光(紫外光)照射時，價帶的電子就會獲得光子的能量而躍遷至導(dǎo)帶，形成光生電子(e-)；而價帶中則相應(yīng)地形成光生空穴(h+)。 高活性納米TiO2光觸媒TP05表面的光生電子e-易被水中溶解氧等氧化性物質(zhì)所捕獲，而空穴h+則可氧化吸附于TiO2光觸媒TP0

20、5表面的有機(jī)物或先把吸附在TiO2光觸媒表面的OH-和H2O分子氧化成OH自由基，OH自由基具有反應(yīng)能，可破壞有機(jī)物中C-C、C-H、C-N、C-O、NH鍵，因而具有高效分解有機(jī)物的能力，有殺菌、除臭、光催化降解有機(jī)污染物的功能。2.納米TiO2光觸媒TP05的特點 納米TiO2光觸媒TP05的粒徑非常?。毫綖?納米，而且不團(tuán)聚。分散性能好，把它投到水里輕輕搖一搖，就能立刻融化成透明的液體，可以噴到家具表面，墻體，形成均勻的透明的納米涂層，起到凈化室內(nèi)空氣的作用催化活性高;納米TiO2光觸媒TP05的催化活性經(jīng)過測試比較，比目前市場上催化性能最好的納米TiO2的催化活性還高30倍?？梢匝杆俚?/p>

21、捕捉并分解室內(nèi)的甲醛，苯，氨等有害氣體，除味效果好。 納米TiO2光觸媒TP05具有較高的光催化反應(yīng)活性，吸附能力也較強(qiáng)，可與污染物更充分地接觸，將它們極大限度地吸附在粒子表面。 主要特點有： （1）作用廣泛，在光觸媒反應(yīng)過程中，不 僅能破壞生物因子,也能破壞各種有機(jī)化學(xué)物質(zhì)； （2）在光觸媒反應(yīng)過程中，TiO2光觸媒不參與反應(yīng),只起催化媒介作用，其本身并不隨時間延長而消耗，因此使用壽命持久； （3）經(jīng)過納米技術(shù)工藝處理的觸媒，可在含有微弱紫外線的燈光、自然光、陽光等多種光源下發(fā)揮作用； （4）完全無害，由于納米TiO2光觸媒TP05本身不釋放出有害物質(zhì)且本身不參與反應(yīng),在反應(yīng)過程中將所作用的

22、物質(zhì)完全氧化成無害的二氧化碳和水等無害物質(zhì)，因此光觸媒作用對環(huán)境完全無害。3.納米TiO2光觸媒TP05在建材領(lǐng)域中的應(yīng)用光觸媒涂料JRCG1.抗菌涂料 近年來，隨著人們環(huán)保意識的加強(qiáng)，綠色涂料已成為涂料行業(yè)發(fā)展的主流，水性涂料作為其主要品種也得到了長足的發(fā)展。但其防霉、防菌問題較為突出，如在貯存過程中生霉、長菌使得涂料的品質(zhì)降低，在施涂后膜層生霉、長菌則使得涂層老化、外觀污損，甚至開裂、剝落,使涂料喪失原有的保護(hù)和裝飾功能。 納米TiO2光觸媒TP05在光催化作用下具有分解病原菌和毒素的功能，它作為一種新型助劑應(yīng)用于殺菌涂料中，賦予了制品持久、長效的抗菌、殺菌能力，是受到人們關(guān)注的新型礦物功

23、能材料。與傳統(tǒng)的鈦白粉相比，克服了產(chǎn)品在抗菌性、廣譜性、抗藥性和耐熱加工性等方面的缺陷，具有重要的使用價值。 納米TiO2光觸媒TP05不僅具有分解病原菌的能力，還能有效分解細(xì)菌釋放出的毒素。東京大學(xué)的藤島昭授等在玻璃上涂一薄層二氧化鈦光觸媒，光照射3h達(dá)到了殺死大腸桿菌的效果，毒素的含量控制在5%以下。此外，納米TiO2光觸媒TP05本身無毒、無味、對人體安全無害，可將納TiO2光觸媒TP05抗菌涂料涂敷于醫(yī)院病房、手術(shù)室等場所的墻壁上，能很快消滅細(xì)菌，起到殺菌、消毒、凈化室內(nèi)空氣的效果。 2.凈化空氣涂料JRCG 城市大氣中氮氧化物(NOX)及硫氧化物(SOX)的污染，已成為環(huán)保亟待解決的

24、問題之一。研究表明，將納米TiO2光觸媒TP05配制成光催化凈化大氣環(huán)保涂料，利用TiO2光觸媒光催化劑TP05產(chǎn)生活性氧，并配合雨水的作用可將這些污染物變成HNO3、H2SO4而除掉。 在國外，納米TiO2光觸媒TP05光催化方面的應(yīng)用得到了快速發(fā)展，日本通用汽車公司Donald Beek等研究納米TiO2光觸媒TP05除去汽車廢氣(含H2S)中硫的能力，在500的條件下經(jīng)7h后從汽車廢氣中除去的總硫量比常規(guī)二氧化鈦光觸媒TP05除去的量大5倍。更值得注意的是在暴露7h后，納米TiO2光觸媒TP05除出硫的速度仍相當(dāng)高，也就是說用納米TiO2光觸媒作為涂料助劑不僅有良好凈化空氣的效果，且使用

25、周期長，利用價值高。 國內(nèi)利用納米TiO2光觸媒TP05配制水性涂料，并進(jìn)行紫外光催化降解空氣中的甲醛試驗。試驗結(jié)果表明:這種低成本的納米二氧化鈦光觸媒TP05復(fù)合涂料可以有效地分解甲醛。林勁冬等用Fe3+的丙酮溶液對銳鈦型二氧化鈦光觸媒進(jìn)行浸漬改性，制得Fe-二氧化鈦光觸媒光催化劑，將其加入硅酸鉀無機(jī)涂料體系中，得到一種光催化功能性建筑涂料，發(fā)現(xiàn)該功能涂料具有良好的可見光活性，能夠有效而持久地在普通日光燈環(huán)境下降解甲醛。 自清潔玻璃 玻璃幕墻是一種美觀新穎的建筑墻體裝飾方法，能充分體現(xiàn)建筑師的想象力，展示建筑物的現(xiàn)代風(fēng)格。然而在大量使用的玻璃幕墻中存在著耐污性差的問題。玻璃幕墻上所粘附的污垢

26、種類復(fù)雜，清洗難度大，而且大量使用有機(jī)清洗劑后，易對周圍環(huán)境造成二次污染，清洗廢液的排放也是難題。因此，開發(fā)具有自清潔功能的涂層玻璃成為當(dāng)前研究的重點。 納米技術(shù)賦予了自清潔玻璃的新發(fā)展，通過各種方法在玻璃表面形成納米級微粒和納米級微孔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體氧化物二氧化鈦光觸媒薄膜，就制成了“自潔”玻璃。在二氧化鈦光觸媒表面，鈦原子和鈦原子之間通過氧橋連接，這種結(jié)構(gòu)是疏水性的。在紫外光的照射下二氧化鈦光觸媒表面的氧和羥基間發(fā)生置換，在其表面形成了均勻分布的納米尺度分離的親水微區(qū)和親油微區(qū)，從而使表面具有了油水雙重親和性。 光照條件下，一部分橋氧脫離形成氧空位，此時空氣中的水解離并吸附在氧空位中，成為化學(xué)

27、吸附水，即在氧空位缺陷周圍形成親水微區(qū)，而表面剩余區(qū)域仍保持親油性，這樣就在表面形成親水性和疏水性相間的微區(qū)，類似于二維的毛細(xì)管現(xiàn)象。由于水或油性液滴尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于親水或親油區(qū)的面積，宏觀上表面表現(xiàn)出親水性和親油性。停止光照后，化學(xué)吸附的羥基被空氣中的氧所取代，重新回到疏水狀態(tài)。 這種超親水作用在材料表面產(chǎn)生水膜，使得油污不能與材料表面牢固結(jié)合，從而易于清洗。這種玻璃可以利用太陽光，使附著于其上的油污等氧化分解，同時也起到殺菌除臭的作用，且污物不易聚集，防止結(jié)露并使光線充足。我國武漢理工大學(xué)研制的自潔玻璃，其潤濕角小于3，對甲醛的降解率達(dá)90%以上。3.生態(tài)陶瓷 抗菌型納米TiO2光觸媒TP05

28、生態(tài)陶瓷亦稱綠色陶瓷，它無毒、無味、無刺激性、熱穩(wěn)定性和耐熱性好。將TiO2光觸媒溶膠通過提拉、旋轉(zhuǎn)、噴涂、涂抹等方法覆著在建筑瓷磚的表面，再經(jīng)過焙燒使之在瓷磚表面形成一層堅固的光催化劑膜。這種光催化瓷磚具有分解油污、殺菌滅菌等功能，可以用于廚房、衛(wèi)生間的墻面 。 日本食品分析中心的測試結(jié)果表明，抗菌性陶瓷制品上的細(xì)菌生存數(shù)還不到普通陶瓷制品的1%。這種抗菌效果能有效防止處于陰暗潮濕、不易清潔的衛(wèi)生潔具(如大、小便器)上的細(xì)菌繁殖和生長，并能防止尿液結(jié)垢及惡臭味的產(chǎn)生。最近的檢測還表明，砌于墻面的光催化瓷磚對室內(nèi)的有害有機(jī)氣體還具有一定的氧化分解作用。 將這種陶瓷應(yīng)用于醫(yī)院可殺死附著于其上的細(xì)

29、菌；用于浴室可減少由于地面和墻上積聚的肥皂在細(xì)菌的作用下而引起的粘稠狀物質(zhì)等起到防污和防滑的作用；用于衛(wèi)生間可以明顯降低其中的氨濃度，使人不會感到不適。日本的TOTO公司在世界上首先開發(fā)了采用二氧化鈦光觸媒的抗菌面磚和衛(wèi)生陶瓷，并應(yīng)用于醫(yī)院等場合。我國建材研究院在2000年研制出“光催化抗菌釉面磚”，24小時殺菌率可達(dá)98%。4.環(huán)保水泥 作為城市建設(shè)最主要的建筑材料，水泥和混凝土應(yīng)用范圍非常廣泛且數(shù)量巨大。利用納米TiO2光觸媒TP05的光催化功能，可以使水泥制品具有凈化空氣、殺菌、除臭及表面自清潔等功能特性。通過TiO2光觸媒光催化水泥和混凝土的光催化作用，可以使汽車和工業(yè)排放的氧化氮和二

30、氧化硫氧化成硝酸和硫酸而隨雨水排掉，從而凈化了大氣。作為應(yīng)用最廣泛的建筑材料，水泥和混凝土的光催化性能更具適用于潮濕多雨的地區(qū)。 5.其它 在金屬鈦中加入少量的貴金屬,并使其表面氧化生成TiO2光觸媒。用紫外線照射30分鐘后，可殺滅80%附著其上的大腸桿菌，兩小時后可以全部殺滅；這種板材還可以分解空氣中的有害氣體，使環(huán)境空氣得到改善。這種板材特別適用于醫(yī)院的手術(shù)室、醫(yī)學(xué)實驗室、病房等場所。 在紙漿中加入納米TiO2光觸媒TP05，紙面的白度和亮度均得到提高，并具有光催化功能。在牛皮紙漿中加入二氧化鈦光觸媒水溶膠，最后制成的紙板具有較好的光催化效果，可以用于居室、醫(yī)院等場所。 問題與展望 納米T

31、iO2光觸媒TP05光觸媒的抗菌殺菌及空氣凈化功能已逐漸為百姓所公認(rèn)和共知,在建材領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛。但是二氧化鈦光觸媒光催化技術(shù)還未完全成熟,光催化建材也存在問題。1.提高TiO2光觸媒的光催化活性和穩(wěn)定性 通過采用一系列的改性方法，如通過增加表面缺陷、減小催化劑顆粒尺寸、貴重金屬沉積或過渡金屬離子摻雜、半導(dǎo)體復(fù)合等方法來提高電荷的分離速率，抑制載流子復(fù)合以提高量子效率、擴(kuò)大光的吸收波長范圍、改變產(chǎn)物的選擇性或產(chǎn)率、提高光催化材料的穩(wěn)定性。 2. TiO2光觸媒的涂膜固化問題 形成的TiO2光觸媒膜必須牢固，目前在耐熱材料上的固化是將TiO2光觸媒溶膠噴涂或浸涂在基材上，然后在高溫下燒結(jié)制

32、成。TiO2光觸媒光催化劑在非耐熱材料上固化存在困難，因為有機(jī)材料本身不耐TiO2光觸媒光催化劑的強(qiáng)氧化作用，雖可用耐TiO2光觸媒光催化分解的無機(jī)系粘結(jié)劑涂覆，但大量無機(jī)系粘結(jié)劑包覆TiO2光觸媒表面將導(dǎo)致其光催化活性大幅下降，故涂膜的耐久性和光催化活性無法同時兼顧。3. TiO2光觸媒光催化反應(yīng)只發(fā)生在催化劑表面 其產(chǎn)物也吸附在其表面,需對表面經(jīng)常性地進(jìn)行清除，以保證光催化效應(yīng)的產(chǎn)生。從這種意義上講，光催化建材特別適用于多雨和潮濕的地方，而不太適用于干燥的環(huán)境。4.光催化技術(shù)與其他建筑環(huán)境技術(shù)的結(jié)合 目前宣城晶瑞新材料有限公司正在致力于光催化技術(shù)與光導(dǎo)管技術(shù)相結(jié)合的研究，使光導(dǎo)管系統(tǒng)不但具

33、有自然采光的功能，而且具有光催化改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的功能。這項研究在世界上尚屬首次。目前該項研究已經(jīng)取得了一定的成果。 納米TiO2光觸媒在紡織品上的應(yīng)用抗紫外紡織品 5.1.2.2 抗菌紡織品空氣凈化紡織品 5.1.2.4 自清潔紡織品 5.1.2.5 其他功能紡織品 存在問題及發(fā)展1.抗紫外紡織品 根據(jù)光學(xué)原理，增強(qiáng)織物對紫外線的反射與吸收，就能達(dá)到織物抗紫外線的功能。TiO2和SiO2等納米光觸媒顆粒具有很好的吸收紫外線的能力，在聚合或紡絲的過程中加入納米粉體，使其滲入到纖維內(nèi)部，達(dá)到抗紫外的效果；也可在后整理過程中，將納米粉體加入到浸軋液或涂層劑中，進(jìn)行浸軋或涂層整理，使納米粉體進(jìn)入纖維

34、之間或在織物表面形成一層薄膜，達(dá)到抗紫外線的目的。 2. 抗菌紡織品 服用紡織品在人體穿著的過程中，不可避免會沾染汗液、皮脂和其他分泌物，同時也會被環(huán)境沾污，細(xì)菌等各類微生物就在這些紡織品上滋生。納米TiO2抗菌材料在紫外線的照射下，依靠光催化作用，將細(xì)菌等有機(jī)物氧化成CO2和H2O ,從而實現(xiàn)了抗菌效果。3.空氣凈化紡織品 空氣中的污染物主要是揮發(fā)性有機(jī)化合物，包括汽車尾氣、工業(yè)排放的有害氣體、室內(nèi)家具釋放出的醛類有害氣體和吸煙時產(chǎn)生的刺激性氣體等。將納米TiO2整理到室內(nèi)紡織品上，可利用光催化特性降解室內(nèi)空氣環(huán)境中的有害物質(zhì)，這對于改善人們的居住生活環(huán)境，提高人們的健康水平具有十分重要的意義。 日本率先在營運車輛內(nèi)部采用涂覆納米TiO2光催化膜的方式進(jìn)行車內(nèi)空氣凈化。4.自清潔紡織品 在光照條件下，納米光觸媒表面均勻分布著分離開的納米級的親水區(qū)和親油區(qū)，宏觀上納米光觸媒表面表現(xiàn)出親水和親油性。停止光照后，化學(xué)吸附的羥基被空氣中的氧取代，又從親水狀態(tài)回到疏水狀態(tài)。光觸媒就能在光和空氣中水的作用下，將紡織品表面的灰塵和油污等去除，達(dá)到自清潔作用。 5.其他功能紡織品 在化學(xué)纖維中加入納米光觸媒粉末，可以產(chǎn)生良好的靜電屏蔽作用,改善化學(xué)纖維的抗靜電性能。在納米TiO2對純棉織物的抗皺整理過程中，既有傳統(tǒng)催化劑的催化作用，同時又有納米TiO2的協(xié)同催化作用