纳米Ti02光触媒应用
纳米TiO2光催化降解在灭菌、除臭、治病方面的应用
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟纳米TiO2 光催化降解在灭菌、除臭、治病方面的应用经过研究认为，纳米TiO2 作为光催化剂的理论基础在于:通过量子尺寸限域造成吸收边的迁移；由散射的能级和跃迁造成光谱吸收及发射行为结构化；与半导体材料相比，量子阱中的热载流子冷却速度下降，量子产率提高；纳米TiO2 所具有的量子尺寸效应使其导电和价电能级变成分立的能级，能隙变宽，导电电位变得更负，而价电电位变得更正。
这使其获得了更强的氧化还原能力，这对催化反应是十分有利的。
在人类生活的空间中，生息着各种各样的微生物，在这些微生物中有大量的致病菌，可直接使人发病，也可以使人体、牲畜代谢产物分解出各种低级脂肪酸和胺类等有臭味的挥发性化合物，加上细菌本身的分泌物和残骸腐烂挥发的气体，释放出令人厌恶的臭味。
如何杀灭空气中的有害细菌、除去恶臭，也是空气净化的一个重要任务。
由于细菌是由有机物等组成的，因此利用纳米TiO2 光催化剂，在光的作用下具有非常强的氧化能力，就可直接氧化破坏细胞壁、细胞膜或细胞内的组成成分，生成CO2、H2O,从而在短时间内杀死细菌、消除恶臭。
实验证明，纳米TiO2 的光催化作用，对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄葡萄球菌、沙门菌、牙枝菌和曲霉等都具有很强的杀灭能力。
可将其用于医院手术台和墙壁、浴缸、瓷砖及卫生间等地方。
日本已将纳米TiO2 的杀菌性能应用到餐具上，使得餐具带菌传染疾病的可能性大大减少。
纳米TiO2 抗菌、防霉的机理是：由于TiO2 电子结构所具有的特点，使其受光照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，以此杀死细菌，并使之分解。
一般常用的杀菌剂如银、铜等能使细菌细胞失去活性，但细菌被杀死后，尸体释放出内毒素等有害的组分。
纳米TiO2 不仅能影响细菌繁殖力，而且能破坏细。
光触媒二氧化钛材料室内装饰的应用
光触媒二氧化钛材料室内装饰的应用光触媒二氧化钛材料是一种能够利用光能将有害物质分解为无害物质的材料，具有广泛的应用前景。
在室内装饰领域，光触媒二氧化钛材料可以起到很好的装饰效果，同时也能够净化室内空气，提高室内空气质量。
本文将探讨光触媒二氧化钛材料在室内装饰中的应用，以及它的优势和未来发展方向。
光触媒二氧化钛材料在室内装饰中的应用主要体现在墙面装饰、地面装饰和家具装饰等方面。
在墙面装饰方面，光触媒二氧化钛材料可以用于制作墙面涂料，不仅能够实现各种颜色和纹理的展现，还能够实现室内空气的净化。
而在地面装饰方面，光触媒二氧化钛材料可以用于制作地板、地砖等，同样具有装饰效果的同时还能够净化室内空气。
光触媒二氧化钛材料还可以用于家具的制作，例如柜子、桌子、椅子等，其具有的抗菌、防霉、除臭等功能，能够有效提高室内空气的质量。
光触媒二氧化钛材料在室内装饰中的优势主要表现为环保、抗菌、防霉、净化空气、持久耐用等方面。
这种材料制作的装饰品是无毒、无害、无放射性的，符合国家环保标准，对人体健康无害。
由于光触媒二氧化钛材料能够吸收自然光中的紫外线，产生一种光氧化作用，能够杀灭细菌、真菌等有害微生物，起到抗菌、防霉的作用。
它还能够分解空气中的有害气体和异味物质，净化室内空气，改善室内环境。
光触媒二氧化钛材料还具有耐候性好、耐酸碱腐蚀、持久耐用等特点，能够保持良好的装饰效果长期存在。
光触媒二氧化钛材料在室内装饰领域的未来发展方向主要有三个方面。
首先是技术的进一步创新和提高，包括材料生产工艺的改进、产品性能的优化、产品的多样化等方面，使得光触媒二氧化钛材料在室内装饰中的应用更加广泛和深入。
其次是材料的成本降低，通过技术创新和规模化生产，使得光触媒二氧化钛材料的价格更加合理，使得更多的家庭和企业能够承受得起。
最后是宣传推广力度的加大，包括通过各种渠道和方式向公众宣传光触媒二氧化钛材料在室内装饰中的优势和应用效果，推动其在市场上的更广泛应用。
纳米二氧化钛的应用
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。
纳米TiO2光触媒的分析研究
活 性 炭 ，以 便 了 解 二 氧 化 钛 在 活 性 炭 上 分 布 的 情 形 ，并 以 ＸＲＤ观 测 吸 附 后 的 二 氧 化 钛 的结 晶 型 态 是 否
有 改 变 ；实 验 结 果 显 示 ，二 氧 化 钛 在 活 性 炭 表 面 分 布 相 当均 匀 ，且 吸 附 后 的 二 氧 化 钛 仍 然 以 锐 钛 矿 晶 体
摘 要 ：本 文 以 溶 胶 一 凝 胶 （Ｓ０１一 ｇｅ１）法 制 备 纳 米 级 的 二 氧 化 钛 ，将 其 均 匀 分 散 于 水 中 ，并 将 活
性 炭 浸 于 二 氧 化 钛 的 水 溶 液 中 ，使 二 氧 化 钛 能 均 匀 附 着 于 活 性 炭 中 ，并 采 用 ＳＥＨ观 测 吸 附 二 氧 化 钛 的
收 稿 日 期 ：２０１５—０３—０５ 基 金 项 目 ：Ｈ 肃 省 自 然 科 学 基 金 “分 子 组 装 体 的 聚 集 行 为 及 光 电 性 能 研 究 ”（１３０８１ＬＩＺＫ１７１）；甘 肃 省 高 校 科 研 项 口
“有 机 ／＿ 兀 机 复 合 纳 米 粒 子 的 制 备 及 光 电催 化 作 用 ”（２０１３Ｂ一１３２）． 作 者 简 介 ：秦 序 （１９７６一），男 ，Ｈ‘肃 武 都 人 ，陇 南 师 范 高 等 专 科 学 校 讲 帅 ．研 究 方 向 ：化 学 教 学 ．
２０１５年 第 ８期
广 东 技 术 师 范 学 院 学 报 （自然 科 学 ） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
纳米 ＴｉＯ２光 触 媒 的分 析 研 究
再
（陇 南 师 范 高 等 专 科 学 校 农 林 技 术 学 院 ，甘 肃 成 县 ７４２５００）
光触媒纳米二氧化钛
光触媒纳米二氧化钛
光触媒纳米二氧化钛是一种材料，由纳米级别的二氧化钛粒子组成。
这些纳米二氧化钛粒子可以通过光催化的方式，将有害气体和有
机污染物转化为无害的水和二氧化碳。
光触媒纳米二氧化钛的光催化作用是基于其表面的光敏化剂效应。
当纳米二氧化钛暴露在紫外线光下时，其表面的活性位点会吸收部分
光子能量，从而激发电子，形成活性氧物种（特别是羟基自由基，即•OH）。
这些氧物种可以与污染物相互作用，使其被分解或转化为更简单、无害的物质，从而净化空气和水。
光触媒纳米二氧化钛广泛应用于空气净化、水处理、环境保护等
领域。
它被广泛应用于室内和室外空气净化、大气污染治理、水质净化、废水处理、电力工业等领域。
同时，它还可以被应用于自清洁、
防紫外线、涂料、塑料、玻璃等领域。
纳米二氧化钛光催化剂在环境污染治理中的应用
纳米二氧化钛光催化剂在环境污染治理中的应用纳米二氧化钛（TiO2）光催化材料是一种新兴纳米材料，相对于传统的污染治理方法，纳米TiO2光催化材料在紫外线照射条件下，产生光生电子及空穴，并进一步产生氧化作用极强的羟基自由基，通过氧化作用分解各种有机化合物和部分无机物，使之分解成为无毒的CO2、H2O，从而达到降解污染物、净化环境的目的。
文章对土壤、水体、空气污染物的来源、危害及采用TiO2光催化剂进行污染物治理做了综述，重点说明了纳米二氧化钛（TiO2）光催化材料的优势及不足之处，并对纳米二氧化钛（TiO2）光催化材料在环境污染物治理领域的实际应用提出了展望。
标签：纳米二氧化钛；光催化；环境污染；降解前言随着工业化的不断发展，环境污染情况愈发严重，工业废气废水、汽车尾气、医用垃圾、生活垃圾等使得大气、水体、土壤环境每况愈下，环境污染的预防与治理已经成为各国最为关注的焦点之一。
目前，环境污染治理方法众多[1-2]，比较常用的方法有物理化学法、生化降解法、电化学处理法、光催化降解法等。
其中光催化技术是指光催化剂在光照条件下将有机污染物降解成CO2和H2O等无机小分子的一种绿色处理方法[3]。
降解过程中光催化剂不消耗，可重复利用，无二次污染，还可以利用太阳光，高效又经济环保。
1 二氧化钛光催化材料概述1972年，日本科学家A. Fujishima和K. Honda[4]发现用紫外光照射TiO2，水能够光解反应生成氢气。
这个伟大发现开拓了一个崭新的光催化时代。
此后的四十年间，光催化技术得到长足发展，最初的只有TiO2一种，发展到目前的氧化物、硫化物、复杂氧化物等多种。
光催化能够将水或者吸附的溶解氧转化成羟基自由基（·OH）和超氧离子（·O2-）等，它们具有极强的氧化性，能够降解大部分有机物，甚至无机物。
从1972年被发现具有光催化效应以来，TiO2就因为其光催化活性高，稳定性好，无毒而被广大研究者广泛研究。
光触媒在室内污染治理上的应用
光触媒在室内空气污染治理上的应用一．认识光触媒光触媒是一种纳米级的金属氧化物（通常为二氧化钛），它涂布于基材表面，干燥后形成薄膜，在光的照射下，具有类似光合作用的光催化反应，产生出氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质，可把有机污染物分解成无污染的水（H2O）和二氧化碳（CO2），因而具有极强的杀菌、除臭、防霉、防污自洁、净化空气功能。
二．光触媒主要功能和特点：(1)全面性：光触媒可以有效地降解甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC等污染物，并具有高效广谱的消毒性能，能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理。
(2)持续性：在反应过程中，光触媒本身不会发生变化和损耗，在光的照射下可以持续不断的净化污染物，具有时间持久、持续作用的优点。
(3)安全性：无毒、无害，对人体安全可靠；最终的反应产物为二氧化碳、水和其他无害物质，不会产生二次污染。
(4)高效性：光触媒利用取之不尽的太阳能等光能就能将扩散了的环境污染物在低浓度状态下清除净化。
三、常见装修污染简介及危害【甲醛】甲醛具有强烈气味，主要来源于人造板中的粘合剂（以尿醛树脂为主）、油漆、涂料、清洁剂、杀虫剂、防腐剂等。
【危害】吸入高浓度甲醛后，会出现呼吸道的严重刺激。
皮肤直接接触甲醛，可引起皮炎。
经常吸入少量甲醛，能引起慢性中毒。
有资料显示，有一半以上的儿童白血病患者家里都有豪华装修的接触经历。
【苯】苯是一种无色、具有特殊芳香气味的液体，主要来源于：烟雾、油漆、涂料中的稀释剂、粘合剂、橡胶制品及合成纤维类。
【危害】长期吸入苯能导致再生障碍性贫血。
【氨】氨气极易溶于水，对眼、喉、上呼吸道作用快，刺激性强，主要来源于混凝土防冻剂、涂料添加剂、增白剂等。
【危害】长时间接触低浓度氨，引起喉炎、声音嘶哑、肺水肿。
【TVOC】总挥发性有机化合物(TVOC)，主要来源于油漆、胶合板、创花板、泡沫填料、内墙涂料、塑料贴面、汽车尾气、清洁剂、化妆品、香烟等材料。
光触媒使用说明
中文名称：光触媒
英文名称：Photocatalyst
净含量：300ml
主要成分：纳米TIO2、纳米纤维素、去离子水
主要功能：净化空气、除甲醛
保质期：2年
使用面积：10-50平米
产品特性：
采用纳米纤维素改性纳米TiO2，光催化活性更高，效率更高，在光线作用下，产生羟基自由基，分解甲醛等VOC，净化空气，防治气体污染。
适用范围：
家居室内、车内等
使用方法：
1、产品使用前，清洁家具、墙等需要处理的物体表面，确保干燥无尘。
2、将语晗光触媒摇匀，均匀喷涂于物体表面一层，喷涂距离为30-40cm。
3、喷涂完成后，24小时禁止触碰，之后会形成一层透明的保护膜，吸附分解甲醛等VOC。
注意事项：
1、喷涂时，如果喷涂量太大或者喷涂液流淌，易出现白斑，如出现，请立即用
湿抹布擦掉。
2、施工后充分换气，保持屋内阳光充足。
3、不可饮用，请放置在儿童不能接触的地方。
4、冬季如出现凝固，可适当加热溶解，不影响使用效果。
纳米二氧化钛在生活中的应用
纳米二氧化钛在生活中的应用前言纳米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、锂电池中。
在此仅介绍纳米TIO2在光催化触媒生活中的应用。
一、纳米TIO2光催化原理在日光或灯光中紫外线的作用下使Ti02激活并生成具有高催化活性的游离基，能产生很强的光氧化及还原能力，可催化、光解附着于物体表面的各种甲醛等有机物及部分无机物。
能够起到净化室内空气的功能。
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 —— + hH2O + h——·OH+ HO 2 +e—— O2·O 2·+ H—— HO2·2HO2· —— O2+ H2O2H 2O2+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。
纳米“光触媒“技术
納米“光觸媒“技術☻什麼是納米“光觸媒”納米“光觸媒”是一種以納米級二氧化鈦為代表的具有光催化功能的半導體材料的總稱。
其利用光源做催化反應，吸收紫外線（等效波長380nm）的能量後激發電子，產生電子-空穴對，並迅速移動到材料表面，啟動吸附在材料表面的，能夠將有毒有機物氧化分解，殺滅並抑制病菌再生以及淨化大氣中氮、硫的氧化物。
因其特性，納米光觸媒技術必將在環境保護及人類健康方面發揮更大的作用。
☻納米“光觸媒”的反應機理①銳鈦礦結晶納米TiO2是一種光催化劑，由於它的半導體性質，當受到太陽光或螢光燈光中的紫外光（380nm以下）照射時，價電子帶中的電子被激發到傳導帶，在TiO2原子表面產生電子（e-）---正孔（h+）效應2，3）。
飛出的電子e-與空氣中的氧相結合，生成「O-2」。
電子飛出形成的正孔h+奪取空氣裏水的電子，形成「-OH」。
這種由於電子遷移效應，所產生的「O-2」與「-OH」具有極強的氧化分解能力，使與之接觸的形成惡臭與污穢的油分雜菌有害氣、體病毒、黴菌等有機化和物分解無害化，使NO X，SO X轉化定著而無害化。
圖1：飛出的電子e-與空氣中的氧相結合，圖2：電子飛出形成的正孔h+奪取空生成「O-2」。
氣裏水的電子，形成「-OH」。
圖3：這種由於電子遷移效應，所產生的「O-2」與「-OH」具有極強的氧化分解能力，使與之接觸的形成惡臭與污穢的油分雜菌有害氣體病毒黴菌等有機化和物分解無害化，使NO X，SO X定著而無害化。
☻納米“光觸媒”的功效納米“光觸媒”有抗菌防黴、空氣淨化、防汙自潔、釋放負氧離子等功效。
具體為：抗菌防黴——二氧化鈦在光照射下，產生氫氧根自由基等活性氧比常用作消毒殺菌的氯氣、次氯酸、雙氧水和臭氧等具有更強的氧化能力，發揮抗菌作用而使細菌或黴菌的繁殖中止，也使細菌或黴菌釋放出的毒素分解。
空氣淨化——納米“光觸媒”在光照下能夠分解空氣中的甲醛、苯、二甲苯等有害物質，並能將其完全分解成二氧化碳和水，與傳統的除味劑、遮覆劑不同，光觸媒才是一種能徹底分解有害物質的環保材料。
纳米二氧化钛(TiO2)光触媒杀菌净化技术介绍
納米二氧化钛光催化技术介绍纳米光催化采用二氧化钛(TiO2)半导体的效应，激活材料表面吸附氧和水分，产生活性氢氧自由基（OH.）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。
纳米二氧化钛(TiO2)光催化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、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。
无毒害的纳米TiO2催化材料，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。
光催化原理- 什么是光催化光催化[Photocatalyst]是光 [Photo=Light] +催化剂[catalyst]的合成词。
主要成分是二氧化钛（TiO2），二氧化钛本身无毒无害，已广泛用于食品，医药，化妆品等各种领域。
光催化在光的照射下会产生类似光合作用的光催化反应(氧化－还原反应,产生出氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，这些产物可杀灭细菌和分解有机污染物。
并且把有机污染物分解成无污染的水(H2O)和二氧化碳(CO2),同时它具有杀菌、除臭、防污、亲水、防紫外线等功能。
光催化在微弱的光线下也能做反应，若在紫外线的照射下，光催化的活性会加强。
近来, 光催化被誉为未来产业之一的纳米技术产品。
- 光催化反应原理TiO2当吸收光能量之后，价带中的电子就会被激发到导带，形成带负电的高活性电子e-,同时在价带上产生带正电的空穴h+。
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。
热力学理论表明，分布在表面的h+可以将吸附在TiO2表面OH-和H2O分子氧化成(OH.)自由基,而OH.自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，能氧化并分解各种有机污染物（甲醛、苯、TVOC等）和细菌及部分无机污染物（氨、NOX等），并将最终降解为CO2、H2O等无害物质。
纳米TiO2光催化材料及其应用
在光电转换效率提高方面的应用实例
太阳能电池：纳米 TiO2光催化材料 可以提高太阳能电 池的光电转换效率
光电探测器：纳米 TiO2光催化材料 可以提高光电探测 器的灵敏度和响应 速度
光催化反应：纳米 TiO2光催化材料 可以提高光催化反 应的效率和选择性
光催化降解：纳米 TiO2光催化材料 可以提高光催化降 解污染物的效率和 选择性
纳米TiO2光催化材 料及其应用
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01
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04
纳米TiO2光催 化材料的应用 领域
02
纳米TiO2光催 化材料的特性
05
纳米TiO2光催 化材料的应用 实例
03
纳米TiO2光催 化材料的制备 方法
06
纳米TiO2光催 化材料的发展 前景与挑战
01 添加章节标题
理效率
纳米TiO2光催 化材料可以应 用于家庭净水 器提高家庭用
水质量
纳米TiO2光催 化材料可以应 用于农业灌溉 提高灌溉水质 促进农作物生
长
在空气净化方面的应用实例
纳米TiO2光催化材料可以分解空气中的有害气体如甲醛、苯等 纳米TiO2光催化材料可以杀灭空气中的细菌和病毒提高室内空气质量 纳米TiO2光催化材料可以降解空气中的PM2.5等颗粒物降低空气污染程度 纳米TiO2光催化材料可以消除空气中的异味如烟味、宠物异味等
04
纳米TiO2光催化材料 的应用领域
水处理
光催化降解水中的有机物和 微生物
光催化氧化水中的污染物和 重金属
光催化净化水中的异味和颜 色
纳米TiO2光催化材料在水处 理中的应用
光催化处理废水和污水实现 水资源的循环利用
如何提高光触媒在室内空气治理中的实际应用效果
如何提高光触媒在室内空气治理中的实际应用效果摘?要纳米级ti02光触媒在环境保护方面得到了广泛的应用前景，在中国受到了广大消费者的高度重视，但实际应用过程中经常出现治理效果不甚理想，本文详细介绍了光触媒如何在实际操作过程中提高净化效果。
关键词纳米ti02；光触媒；光催化；空气净化；空气治理中图分类号 x788 文献标识码 a 文章编号1673-9671-(2012)052-0092-021 概述1.1 时代背景由中国环境科学学会室内环境与健康分会、清华大学建筑学院、北京大学环境科学与工程学院、气候组织和朗诗集团联合发起，对长江流域主要城市家庭室内环境中的甲醛、苯、二甲苯及甲苯浓度水平进行了采样及检测分析调查。
调查结果显示，受调查的城市居民室内空气中的总挥发性有机化合物（简称tvocs）普遍超标，在上海、苏州、南京、武汉、重庆、成都6座大中城市中，苯的超标率相对较低，只有成都超过了10%，其他5个城市此项指标均在5%以下。
甲苯的超标率最高，南京此项指标超标率高于70%，其次是重庆，达65%。
二甲苯的超标率仅次于甲苯，南京该项指标超标率高于60%，成都次之，达到50%。
此外，甲醛指标超标率也比较高，最高值同样出现在南京，超过40%。
温州市质量技术监督检测院2009年受理102户委托新房室内空气检测检测甲醛、苯、甲苯、二甲苯、tvocs，结果发现有82户新房内空气质量不合格，合格率仅为19.61％；2010年受理167户委托新房室内空气检测，结果发现有142户新房内空气质量不合格，合格率仅为14.97％。
空气质量不合格对人体造成了巨大的伤害，清华大学教授张寅平表示，如tvocs对人的中枢神经系统及血液系统具有毒害作用，它可通过呼吸道、消化道和皮肤进入人体而产生危害，引起哮喘等疾病。
因为儿童每天在家时间平均为6-18小时，远高于成年人在家时间，从而引发的儿童哮喘问题非常突出。
空气污染危害已经覆盖了我们所有的家居、办公环境，严重危害人体健康，尤其是对老弱病残危害尤为严重，室内空气的污染治理显得尤为重要；各类治理公司也相继雨后春笋般创立，然而在治理过程中因为产品本身的性质与实际操作过程中的不规范与不合理造成实际治理效果不是很明显，一直困扰着各个治理公司。
纳米“光触媒“技术
納米“光觸媒“技術☻什麼是納米“光觸媒”納米“光觸媒”是一種以納米級二氧化鈦為代表的具有光催化功能的半導體材料的總稱。
其利用光源做催化反應，吸收紫外線（等效波長380nm）的能量後激發電子，產生電子-空穴對，並迅速移動到材料表面，啟動吸附在材料表面的，能夠將有毒有機物氧化分解，殺滅並抑制病菌再生以及淨化大氣中氮、硫的氧化物。
因其特性，納米光觸媒技術必將在環境保護及人類健康方面發揮更大的作用。
☻納米“光觸媒”的反應機理①銳鈦礦結晶納米TiO2是一種光催化劑，由於它的半導體性質，當受到太陽光或螢光燈光中的紫外光（380nm以下）照射時，價電子帶中的電子被激發到傳導帶，在TiO2原子表面產生電子（e-）---正孔（h+）效應2，3）。
飛出的電子e-與空氣中的氧相結合，生成「O-2」。
電子飛出形成的正孔h+奪取空氣裏水的電子，形成「-OH」。
這種由於電子遷移效應，所產生的「O-2」與「-OH」具有極強的氧化分解能力，使與之接觸的形成惡臭與污穢的油分雜菌有害氣、體病毒、黴菌等有機化和物分解無害化，使NO X，SO X轉化定著而無害化。
圖1：飛出的電子e-與空氣中的氧相結合，圖2：電子飛出形成的正孔h+奪取空生成「O-2」。
氣裏水的電子，形成「-OH」。
圖3：這種由於電子遷移效應，所產生的「O-2」與「-OH」具有極強的氧化分解能力，使與之接觸的形成惡臭與污穢的油分雜菌有害氣體病毒黴菌等有機化和物分解無害化，使NO X，SO X定著而無害化。
☻納米“光觸媒”的功效納米“光觸媒”有抗菌防黴、空氣淨化、防汙自潔、釋放負氧離子等功效。
具體為：抗菌防黴——二氧化鈦在光照射下，產生氫氧根自由基等活性氧比常用作消毒殺菌的氯氣、次氯酸、雙氧水和臭氧等具有更強的氧化能力，發揮抗菌作用而使細菌或黴菌的繁殖中止，也使細菌或黴菌釋放出的毒素分解。
空氣淨化——納米“光觸媒”在光照下能夠分解空氣中的甲醛、苯、二甲苯等有害物質，並能將其完全分解成二氧化碳和水，與傳統的除味劑、遮覆劑不同，光觸媒才是一種能徹底分解有害物質的環保材料。
光触媒概念及作用原理
光触媒概念及作用原理(1)光触媒概念：是一种纳米级二氧化钛活性材料，它涂布于基材表面，干燥后形成薄膜，在光线的作用下，产生强烈催化降解功能：能有效地降解空气中有毒有害气体；能有效杀灭多种细菌，抗菌率高达%，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处置；同时还具有除臭、抗污等功能。
(2)光触媒作用原理：光触媒在特定波长（388nm）的光照射下，会产生类似植物中叶绿素光合作用的一系列能量转化进程，把光能转化为化学能而给予光触媒表面很强的氧化能力，可氧化分解各类有机化合物和矿化部份无机物，并具有抗菌的作用。
在光照射下，光触媒能吸收相当于带隙能量以下的光能，使其表面发生鼓励而产生电子(e-)和空穴(h+)。
这些电子和空穴具有很强的还原和氧化能力，能与水或容存的氧反映，产生氢氧根自由基（·OH）和超级阴氧离子（·O ）。
如表1所示，这些空穴和氢氧根自由基的氧化能大于120kcal/mol，具有很强的氧化能力，几乎能将所有组成有机物分子的化学键切断分解。
因此能够将各类有害化学物质、恶臭物质分解或无害化处置，达到净化空气、抗污除臭的作用。
(1)全面性：光触媒能够有效地降解甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC等污染物，并具有高效广谱的消毒性能，能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处置。
(2)持续性：在反映进程中，光触媒本身可不能发生转变和损耗，在光的照射下能够持续不断的净化污染物，具有时刻持久、持续作用的优势。
(3)安全性：无毒、无害，对人体安全靠得住；最终的反映产物为二氧化碳、水和其他无害物质，可不能产生二次污染。
(4)高效性：光触媒利用取之不尽的太阳能等光能就能够将扩散了的环境污染物在低浓度状态下清除净化。
1原理一、维持适合的室内温度，幸免室内外温差过大。
依照国家标准室温操纵在16—24摄氏度为宜；二、在室内种植一些花草，除有欣赏价值外，还可增加室内氧气，维持室内湿度及净化空气。
科学实验证明，许多花草对有害物质有吸收、转化作用，如兰花，对有害物质排在首位的甲醛就有极为显著的吸收、净化作用；三、天天按时开窗，维持室内空气新鲜。
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纳米Ti02光触媒应用一、TiO2光触媒作用机理TiO2属于一种n型半导体材料,它的禁带宽度为3.2ev(锐钛矿),当它受到波长小于或等于387.5nm的光(紫外光)照射时,价带的电子就会获得光子的能量而跃迁至导带,形成光生电子(e-);而价带中则相对应地形成光生空穴(h+),如图1所示。
TiO2表面的光生电子e-易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获,而空穴h+则可氧化吸附于TiO2表面的有机物或先把吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧化成·OH自由基,·OH自由基具有402.8MJ/mol反应能,可破坏有机物中C-C、C-H、C-N、C-O、NH键,因而具有高效分解有机物的水平,有杀菌、除臭、光催化降解有机污染物的功能。
二、纳米TiO2光触媒的特点纳米TiO2具有较高的光催化反应活性,吸附水平也较强,可与污染物更充分地接触,将它们极大限度地吸附在粒子表面。
主要特点有：(1)作用广谱,在光触媒反应过程中,不但能破坏生物因子,也能破坏各种有机化学物质;(2)在光触媒反应过程中,二氧化钛不参与反应,只起催化媒介作用,其本身并不随时间延长而消耗,所以使用寿命持久;(3)经过纳米技术工艺处理的触媒,可在含有微弱紫外线的灯光、自然光、阳光等多种光源下发挥作用;(4)完全无害,因为纳米二氧化钛本身不释放出有害物质且本身不参与反应,在反应过程中将所作用的物质完全氧化成无害的二氧化碳和水等无害物质,所以光触媒作用对环境完全无害。
三、纳米TiO2光触媒在建材领域中的应用(一)光触媒涂料1.抗菌涂料近年来,随着人们环保意识的增强,绿色涂料已成为涂料行业发展的主流,水性涂料作为其主要品种也得到了长足的发展。
但其防霉、防菌问题较为突出,如在贮存过程中生霉、长菌使得涂料的品质降低,在施涂后膜层生霉、长菌则使得涂层老化、外观污损,甚至开裂、剥落,使涂料丧失原有的保护和装饰功能。
纳米TiO2在光催化作用下具有分解病原菌和毒素的功能,它作为一种新型助剂应用于杀菌涂料中,赋予了制品持久、长效的抗菌、杀菌水平,是受到人们注重的新型矿物功能材料1。
纳米TiO2涂料与传统的钛白粉相比,克服了产品在抗菌性、广谱性、抗药性和耐热加工性等方面的缺陷,具有重要的使用价值。
徐瑞芬等2将实验室自制的抗菌纳米TiO2添加于苯-丙乳液中,经表面处理的抗菌纳米TiO2在乳液中能够均匀分散,可充分发挥纳米TiO2的杀菌作用。
纳米TiO2不但具有分解病原菌的水平,还能有效分解细菌释放出的毒素。
东京大学的藤岛昭授等3在玻璃上涂一薄层TiO2,光照射3h达到了杀死大肠杆菌的效果,毒素的含量控制在5%以下。
此外,纳米TiO2本身无毒、无味、对人体安全无害,可将纳米TiO2抗菌涂料涂敷于医院病房、手术室等场所的墙壁上,能很快消灭细菌,起到杀菌消毒的效果。
2.净化空气涂料城市大气中氮氧化物(NOx)及硫氧化物(SOX)的污染,已成为环保亟待解决的问题之一。
研究表明,将纳米TiO2配制成光催化净化大气环保涂料,利用TiO2光催化剂产生活性氧,并配合雨水的作用可将这些污染物变成HNO3、H2SO4而除掉。
在国外,纳米TiO2光催化方面的应用得到了快速发展,日本通用汽车公司DonaldBeek等研究纳米TiO2除去汽车废气(含H2S)中硫的水平,在500℃的条件下经7h后从汽车废气中除去的总硫量比常规TiO2除去的量大5倍。
更值得注意的是在暴露7h后,纳米TiO2除出硫的速度仍相当高,也就是说用纳米TiO2作为涂料助剂不但有良好净化空气的效果,且使用周期长,利用价值高。
国内,利用纳米TiO2制得的净化空气涂料也相对应而生,邱星林等人4发现,采用有机硅树脂与纳米TiO2复合而成的光催化涂料在太阳光照射条件下,可有效的降解大气中的NOx,反应如下：TiO2+hv(E>Ebg)→e-+h+;O2+e-→O2-(活性氧);NO2+OH→HNO3;NO+HO2→HNO3杨阳等5利用纳米二氧化钛配制水性涂料,并实行紫外光催化降解空气中的甲醛试验。
试验结果表明：这种低成本的纳米二氧化钛复合涂料能够有效地分解甲醛。
林劲冬等6用Fe3+的丙酮溶液对商品锐钛型二氧化钛实行浸渍改性,制得Fe-TiO2光催化剂,将其加入硅酸钾无机涂料体系中,得到一种光催化功能性建筑涂料。
发现该功能涂料具有良好的可见光活性,能够有效而持久地在普通日光灯环境下降解甲醛。
(二)自清洁玻璃玻璃幕墙是一种美观新颖的建筑墙体装饰方法,能充分体现建筑师的想象力,展示建筑物的现代风格。
不过在大量使用的玻璃幕墙中存有着耐污性差的问题。
玻璃幕墙上所粘附的污垢种类复杂,清洗难度大,而且大量使用有机清洗剂后,易对周围环境造成二次污染,清洗废液的排放也是难题。
所以,开发具有自清洁功能的涂层玻璃成为当前研究的重点。
纳米技术赋予了自清洁玻璃的新发展,通过各种方法在玻璃表面形成纳米级微粒和纳米级微孔结构的半导体氧化物TiO2薄膜,就制成了“自洁”玻璃。
在TiO2表面,钛原子和钛原子之间通过氧桥连接,这种结构是疏水性的。
在紫外光的照射下TiO2表面的氧和羟基间发生置换,在其表面形成了均匀分布的纳米尺度分离的亲水微区和亲油微区,从而使表面具有了油水双重亲和性。
光照条件下,一部分桥氧脱离形成氧空位,此时空气中的水解离并吸附在氧空位中,成为化学吸附水,即在氧空位缺陷周围形成亲水微区,而表面剩余区域仍保持亲油性,这样就在表面形成亲水性和疏水性相间的微区,类似于二维的毛细管现象。
因为水或油性液滴尺寸远远大于亲水或亲油区的面积,宏观上表面表现出亲水性和亲油性。
停止光照后,化学吸附的羟基被空气中的氧所取代,重新回到疏水状态。
这种超亲水作用在材料表面产生水膜,使得油污不能与材料表面牢固结合,从而易于清洗。
这种玻璃能够利用太阳光,使附着于其上的油污等氧化分解,同时也起到杀菌除臭的作用,且污物不易聚集,防止结露并使光线充足7。
我国武汉理工大学研制的自洁玻璃,其润湿角小于3°,对甲醛的降解率达90%以上8。
(三)生态陶瓷抗菌型纳米TiO2生态陶瓷亦称绿色陶瓷,它无毒、无味、无刺激性、热稳定性和耐热性好。
将TiO2光触媒溶胶通过提拉、旋转、喷涂、涂抹等方法覆着在建筑瓷砖的表面,再经过焙烧使之在瓷砖表面形成一层坚固的光催化剂膜。
这种光催化瓷砖具有分解油污、杀菌灭菌等功能,能够用于厨房、卫生间的墙面。
日本食品分析中心的测试结果表明,抗菌性陶瓷制品上的细菌生存数还不到普通陶瓷制品的1%。
这种抗菌效果能有效防止处于阴暗潮湿、不易清洁的卫生洁具(如大、小便器)上的细菌繁殖和生长,并能防止尿液结垢及恶臭味的产生。
最近的检测还表明,砌于墙面的光催化瓷砖对室内的有害有机气体还具有一定的氧化分解作用。
钱泓10在陶瓷表面涂覆一层TiO2薄膜制得“生态”陶瓷,以金黄色葡萄球菌为模型细菌,在荧光照射下,灭菌率达到85%。
将这种陶瓷应用于医院可杀死附着于其上的细菌;用于浴室可减少因为地面和墙上积聚的肥皂在细菌的作用下而引起的粘稠状物质等,起到防污和防滑的作用;用于卫生间能够明显降低其中的氨浓度,使人不会感到不适。
日本的TOTO公司在世界上首先开发了采用TiO2光触媒的抗菌面砖和卫生陶瓷,并应用于医院等场合。
我国建材研究院在2000年研制出“光催化抗菌釉面砖”,24小时杀菌率可达98%。
我国当前已经工业化生产光催化陶瓷制品,但成本较高10。
(四)环保水泥作为城市建设最主要的建筑材料,水泥和混凝土应用范围非常广泛且数量巨大。
利用纳米TiO2的光催化功能,能够使水泥制品具有净化空气、杀菌、除臭及表面自清洁等功能特性。
在城市大气污染日益严重的状况下,通过TiO2光催化水泥和混凝土的光催化作用,能够使汽车和工业排放的氧化氮和二氧化硫氧化成硝酸和硫酸而随雨水排掉,从而净化了大气11。
作为应用最广泛的建筑材料,水泥和混凝土的光催化性能更具适用于潮湿多雨的地区。
纳米TiO2光催化复合水泥混凝土的制作方法有两种12：纳米光催化复合材料(如二氧化钛)掺入法和光催化载体法。
所制备的环保水泥若应用于公路的铺设,可有效去除汽车尾气中所含NOx,和其它有害气体。
(五)其它在金属钛中加入少量的贵金属,并使其表面氧化生成TiO2。
用紫外线照射30分钟后,可杀灭80%附着其上的大肠杆菌,两小时后能够全部杀灭;这种板材还能够分解空气中的有害气体,使环境空气得到改善。
这种板材特别适用于医院的手术室、医学实验室、病房等场所。
在纸浆中加入纳米TiO2,纸面的白度和亮度均得到提升,并具有光催化功能。
在牛皮纸浆中加入TiO2水溶胶,最后制成的纸板具有较好的光催化效果,能够用于居室、医院等场所。
在塑料和钢门窗中加入TiO2使其具有光催化的功能。
这方面的研究刚刚开始,产品还未问世,但是应该具有广阔的市场。
四、问题与展望纳米TiO2光触媒的抗菌杀菌及空气净化功能已逐渐为百姓所公认和共知,在建材领域的应用也日益广泛。
但是TiO2光催化技术还未完全成熟,光催化建材也存有问题。
(一)提升TiO2的光催化活性和稳定性通过采用一系列的改性方法,如通过增加表面缺陷、减小催化剂颗粒尺寸、贵重金属沉积或过渡金属离子掺杂、半导体复合等方法来提升电荷的分离速率,抑制载流子复合以提升量子效率、扩大光的吸收波长范围、改变产物的选择性或产率、提升光催化材料的稳定性。
(二)TiO2光触媒的涂膜固化问题形成的TiO2膜必须牢固,当前在耐热材料上的固化是将TiO2溶胶喷涂或浸涂在基材上,然后在高温下烧结制成13。
TiO2光催化剂在非耐热材料上固化存有困难,因为有机材料本身不耐TiO2光催化剂的强氧化作用,虽可用耐TiO2光催化分解的无机系粘结剂涂覆,但大量无机系粘结剂包覆TiO2表面将导致其光催化活性大幅下降,故涂膜的耐久性和光催化活性无法同时兼顾。
(三)TiO2光催化反应只发生在催化剂表面,其产物也吸附在其表面,需对表面经常性地实行清除,以保证光催化效应的产生。
从这种意义上讲,光催化建材特别适用于多雨和潮湿的地方,而不太适用于干燥的环境。
(四)TiO2光催化技术在改善室内空气质量方面的应用还需进一步研究。
当前TiO2光催化消除室内污染物大多集中于实验室研究方面,因为房间污染物的浓度一般比实验工况下小得多,实际房间的尺寸一般比实验的空间大得多,TiO2光催化技术在人们生活的房间内消除污染物究竟起多大作用当前还没有量化的结果,还需要进一步实验研究。
(五)光催化技术与其他建筑环境技术的结合。
当前北京工业大学正在致力于光催化技术与光导管技术相结合的研究,使光导管系统不但具有自然采光的功能,而且具有光催化改善室内空气质量的功能14。
这项研究在世界上尚属首次。
当前该项研究已经取得了一定的成果,申请国家发明专利两项(已经获得授权一项),实用新型专利两项,此外还申请了美国专利。