纳米TiO2光催化材料及其应用
(精选)纳米二氧化钛在物体表面的抗菌作用
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。
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》范文
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》篇一一、引言随着科技的不断进步和人类对环保问题的日益关注，光催化技术作为新兴的绿色技术领域受到了广泛的关注。
纳米TiO2复合材料作为一种高效的光催化剂，具有广泛的应用前景。
本文旨在研究纳米TiO2复合材料的制备方法及其光催化性能，为实际应用提供理论依据。
二、文献综述纳米TiO2复合材料因其独特的物理和化学性质，在光催化领域具有广泛的应用。
其制备方法、性能及应用已成为研究热点。
目前，制备纳米TiO2复合材料的方法主要包括溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。
其中，溶胶-凝胶法因其操作简便、制备条件温和等优点备受关注。
而光催化性能的研究主要关注其对有机污染物的降解、抗菌性能及自清洁等方面的应用。
三、实验方法（一）实验材料实验中所需材料主要包括TiO2纳米粉体、表面活性剂、溶剂等。
所有材料均需符合实验要求，保证实验结果的准确性。
（二）制备方法本文采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2复合材料。
具体步骤包括：将TiO2纳米粉体与表面活性剂混合，加入溶剂进行搅拌，形成溶胶；然后进行凝胶化处理，得到凝胶；最后进行热处理，得到纳米TiO2复合材料。
（三）性能测试本实验通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对制备的纳米TiO2复合材料进行表征。
同时，通过光催化实验测试其光催化性能，以降解有机污染物为评价指标。
四、实验结果与分析（一）表征结果通过XRD、SEM和TEM等手段对制备的纳米TiO2复合材料进行表征。
结果表明，制备的纳米TiO2复合材料具有较高的结晶度和良好的分散性。
（二）光催化性能测试结果以降解有机污染物为评价指标，对制备的纳米TiO2复合材料进行光催化性能测试。
结果表明，该材料具有优异的光催化性能，能够有效降解有机污染物。
此外，我们还研究了不同制备条件对光催化性能的影响，为优化制备工艺提供依据。
五、讨论本实验研究了纳米TiO2复合材料的制备方法及其光催化性能。
纳米TiO2光催化降解水体中有机污染物
纳米TiO2光催化降解水体中有机污染物纳米TiO2光催化技术为一种有效的水体净化方法，可用于降解水体中的有机污染物。
本文将详细介绍纳米TiO2光催化降解有机污染物的原理、应用和未来发展趋势。
1. 简介水体污染是当前环境问题的重要方面之一，有机污染物的存在严重威胁水生态系统的健康和人类的生存。
因此，研究和开发高效的水体净化技术变得尤为重要。
纳米TiO2光催化技术凭借其高效、无毒、无副产物、易操作等优势，被广泛应用于水体净化领域。
2. 纳米TiO2光催化的原理纳米TiO2光催化技术是通过TiO2纳米颗粒的吸光吸收能量，形成带隙激发，产生电子和空穴对，进而参与化学反应。
在光照的作用下，纳米TiO2表面形成活性氧种，如羟基自由基和超氧阴离子自由基等，这些活性氧种具有较强的氧化能力，可将有机污染物分解为无害的物质。
3. 纳米TiO2光催化应用案例纳米TiO2光催化技术在水体净化领域有着广泛的应用。
以染料为例，纳米TiO2光催化技术可将有机染料降解为无色的无害物质。
此外，纳米TiO2光催化技术还可用于降解苯酚、有机酸类、农药等有机污染物。
这些应用案例充分展示了纳米TiO2光催化技术在水体净化中的潜力和优势。
4. 纳米TiO2光催化的改进方向虽然纳米TiO2光催化技术具有广泛的应用前景，但仍然存在一些问题需要解决。
首先，纳米TiO2材料的光催化效率仍有提升空间，需要进一步改进催化剂的结构和合成方法。
其次，纳米TiO2光催化技术受光照强度、温度等外部条件的影响较大，需要优化反应条件以提高降解效率。
此外，考虑到纳米TiO2颗粒对环境的潜在风险，还需要研究纳米TiO2的生物降解性以及对水生态系统的影响等问题。
5. 结论纳米TiO2光催化技术作为一种高效、环保的水体净化方法，具有重要的应用前景。
通过对纳米TiO2的研究和改进，可以进一步提高光催化降解有机污染物的效果，为水体净化事业做出更大的贡献。
未来，纳米TiO2光催化技术有望成为一种重要的工程应用，为改善水环境质量和保护生态环境做出积极的贡献。
TiO2光催化原理和应用
TiO2光催化原理及应用一.前言在世界人口持续增加以及广泛工业化的过程中，饮用水源的污染问题日趋严重。
根据世界卫生组织的估计，地球上22% 的居民日常生活中的饮用水不符合世界卫生组织建议的饮用水标准。
长期摄入不干净饮用水将会对人的身体健康造成严重危害, 世界范围内每年大概有200 万人由于水传播疾病死亡。
水中的污染物呈现出多样化的趋势，常见的污染物包括有毒重金属、自然毒素、药物、有机污染物等。
常规的饮用水净化技术有氯气、臭氧和紫外线消毒以及过滤、吸附、静置等，但是这些方法对新生的污物往往不是非常有效，并且可能导致二次污染。
包括我国在内世界范围内广泛应用的氯气消毒法，可能在水中生成对人类健康有害的高氯酸盐。
臭氧消毒是比较安全的消毒方法，但是所需设备昂贵；而紫外线消毒法需要能源支持，并且日常的维护都需要专业的技术人员；吸附法一般需要消耗大量的吸附剂，使用过的吸附剂一般需要额外的处理。
这些缺点限制了它们的应用范围，迫切需要发展一种高效、绿色、简单的净化水技术。
自然界中，植物、藻类和某些细菌能在太阳光的照射下，利用光合色素将二氧化碳（或硫化氧）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）。
这种光合作用是一系列复杂代谢反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。
光化学反应的过程与植物的光合作用很相似。
光化学反应一般可以分为直接光解和间接光解两类。
直接光解为物质吸收能量达到激发态，吸收的能量使反应物的电子在轨道间的转移，当强度够大时，可造成化学键的断裂，产生其它物质。
直接光解是光化学反应中最简单的形式，但这类反应产率一般较低。
间接光解则为反应系统中某一物质吸收光能后，再诱使另一种物质发生化学反应。
半导体在光的照射下，能将光能转化为化学能，促使化合物的合成或使化合物(有机物、无机物)分解的过程称之为半导体光催化。
半导体光催化是光化学反应的一个前沿研究领域，它能使许多通常情况下难以实现或不可能进行的反应在比较温和的条件下顺利进行。
TiO2光催化材料的自清洁特性及其应用
技术应用与研究2018·0499Chenmical Intermediate当代化工研究TiO 2光催化材料的自清洁特性及其应用＊王凯1 刘巍英2（1.铜仁学院材料与化学工程学院 贵州 5543002.铜仁学院学生资助中心 贵州 554300）摘要：TiO 2光催化活性自上世纪70年代提出以来在能源和环境领域得到了广泛研究和应用，尤其在自清洁涂料领域。
利用TiO 2的光催化功能可以有效的降解涂层表面的各种有机物，而其光致超亲水性又可以清除表面的无机颗粒。
TiO 2制备的自清洁涂层具有自清洁能力强、透光性高，附着力强和耐用性好等优势，在光伏电站、汽车镀膜、幕墙等领域均有广泛的应用。
本文将对基于TiO 2自清洁涂料的性质、应用和存在的问题进行介绍。
关键词：纳米二氧化钛；光催化；自清洁；应用前景中图分类号：T 文献标识码：ASelf-cleaning Property and Application of TiO 2 Photocatalytic MaterialWang Kai 1, Liu Weiying 2(1.Materials and Chemical Engineering Institute of Tongren College, Guizhou, 5543002.Student Funding Center of Tongren College, Guizhou, 554300)Abstract ：TiO 2 photocatalytic activity has been widely studied and applied in the field of energy and environment since it was proposed in1970s, especially in the field of self-cleaning coatings. The photocatalytic function of TiO 2 can effectively degrade various organic compounds on the surface of the coating, and its photoinduced super hydrophilicity can also remove the inorganic particles on the surface. The self-cleaning coating prepared by TiO 2 has the advantages of strong self-cleaning ability, high light transmittance, strong adhesion and good durability, and has been widely used in the fields of photovoltaic power station, automobile coating, curtain wall and so on. This article will introduce the properties, application and existing problems of TiO 2 based self-cleaning coatings.Key words ：nanoscale titanium dioxide ；photocatalysis ；self-cleaning ；application prospect引言近年来，幕墙、光伏电站等污染问题得到了越来越多的关注，表面污染物的清洗在一定程度缓解了相关问题，但人工或机械清洗方式存在成本高和操作困难等问题。
纳米二氧化钛 (TiO2)应用：水处理、催化剂载体、紫外线吸收等
纳米二氧化钛(TiO2)应用：水处理、催化剂载体、紫外线吸收等
二十世纪纳米技术兴起并迅速发展，由于纳米材料的独特性质使它在科学技术领域占据重要地位。
纳米二氧化钛(TiO2)具有许多的特殊性能比如表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，从而使其与普通二氧化钛相比具有许多特殊性能。
纳米二氧化钛在水处理、催化剂载体、紫外线吸收剂、光敏性催化剂、防晒护肤化妆品、涂料填料、光电子器件等领域具有广泛的用途。
纳米TiO的制备方法有气相法、液相法。
目前，研究的一个热点是纳米TiO2 作为半导体光催化剂用于废水、废气的净化。
纳米TiO2 具有湿敏、气敏功能，如它对一氧化碳极为敏感，可用在传感器上，尽管我国对纳米二氧化钛的研究起步较晚，但是科技工作者们在其制备和应用上做了大量的工作和深入的研究，并取得了许多成果。
河北麦森钛白粉有限公司生产的纳米二氧化钛(光催化)(MS-GCA01)
产品性能：
本品光催化纳米二氧化钛外观为白色疏松粉末。
在可见光或紫外光的作用下具有很强的氧化还原能力，化学性能稳定，能将甲醛，甲苯，二甲苯，氨，氡，TVOC等有害有机物，污染物，臭气，细菌，病毒，微生物等有害有机物彻底分解成无害的CO2和H2O，并具有去除污染物，亲水性，自洁性等特性，性能持久，不产生二次污染。
本品适合于各种空气污染治理的光触媒喷剂，纳米抗菌涂料，污水处理(可将造纸厂，印染厂，酒精厂和化工厂等废水中的大分子有机物进行降解，使之变成CO2，H2O)纳米抗菌自洁纤维，电子材料等产品，产品比表面大，光催化效率高，分解有害气体速度快，本品吸收紫外线能力强范围广(280nm-460nm)。
二氧化钛纳米管在光催化的介绍和特点中的应用
二氧化钛纳米管在光催化的介绍和特点中的应用二氧化钛纳米管在光催化的应用，哎呀，这可真是一个有趣的主题！二氧化钛，咱们就叫它TiO2吧，大家都比较熟悉。
这东西在我们生活中其实很常见，比如说白色颜料、太阳能电池等。
而这些纳米管，可谓是小小的奇迹，表面上看起来不起眼，实际上却有着不一般的能力。
想象一下，微小的TiO2纳米管在阳光照射下，活像一位超级英雄，瞬间变得强大无比，开始处理那些污染物，真是让人感到惊叹。
光催化，听起来好像高大上，其实就是利用光的能量来推动化学反应。
TiO2在这个过程中可是个主力军，阳光一来，它就开始发挥自己的光辉作用。
这个过程就像是一场精彩的表演，TiO2把太阳光变成了能量，随后开始分解空气中的有害物质，嘿，真是环保小能手！想象一下，如果我们的城市都用上这种材料，空气质量可得多好多啊，简直就是让人忍不住想要为它打call！TiO2纳米管的特点也很吸引人，首先是它的表面积大，能和更多的污染物接触。
就像一个大网，能捕捉到那些小小的坏分子。
这玩意儿不仅稳定，耐高温，甚至可以在酸碱环境中保持自己的“酷”。
不管是雨打风吹，它都能安然无恙，继续工作，这点真是让人佩服得五体投地。
更有趣的是，TiO2的光催化过程是自发的，换句话说，太阳一照，它就自动工作，不需要我们再去添油加醋。
这种省心省力的特性，真是让人觉得，哎，这科技真是给力。
想想我们在家里用的那些清洁剂、消毒剂，很多时候都是化学反应的结果。
而TiO2的光催化，简直就像是给环境“洗澡”，不仅干净，还不怕伤害生态，真的是环保的小帮手。
TiO2纳米管的应用可不止于此。
在水处理方面，它也大显身手。
比如说，利用它来处理污水，污染物一碰到TiO2，咻的一声，就被分解得干干净净。
水清了，鱼也快乐了，整个生态系统都得到了保护。
想象一下，能喝到这么干净的水，生活的质量一下子就上去了，真是美滋滋。
说到这里，大家可能会问，TiO2有没有什么缺点呢？当然也有，毕竟没有完美的东西。
二氧化钛的光催化性能及其应用
二氧化钛的光催化性能及其应用作者姓名秦幸海学号************专业无机非金属材料指导教师姓名王峰目录摘要 (3)第一章二氧化钛的性能 (3)1.1二氧化钛的结构 (3)第二章反应机理 (4)2.1光催化反应机理 (4)2.2杀菌机理 (5)2.3光催化活性的影响因素 (5)第三章二氧化钛催化剂的应用 (7)3.1在空气净化方面的应用 (7)3.2在水处理方面的应用 (7)3.3在其它方面的应用 (8)第四章结束语 (9)摘要二氧化钛是一种应用广泛的半导体材料，它因成本低、稳定性好、对人体无毒性，并具有气敏、压敏、光敏以及强的光催化特性而被广泛应用到传感器、电子添料、油漆涂料、光催化剂以及其它化工原料等[1-3]，国内外很多科技工作者投身到二氧化钛的研究开发之中，每年都有大量论文报道。
80年代末以来人们在纳米二氧化钛的制备工艺和性能研究方面做了大量工作。
特别是在利用二氧化钛光催化降解污水等方面取得了一定成果，本文就二氧化钛在光催化方面的研究现状做分析，并就其应用前景的提出几点看法。
关键词：二氧化钛光催化性能应用第一章二氧化钛的性能1.1二氧化钛的结构二氧化钛，俗名为钛白粉，有3种晶型：锐钛矿型(Anatase，简写为A )、金红石型(R utile简写为R ) 和板钛矿型，三者在自然界中都存在。
其中, 板钛矿型在自然界中很稀有,属斜方晶系,是不稳定的晶型,因而没有工业价值。
但是锐铁矿和金红石相在自然界普遍存在，在光催化领域有广泛的应用。
金红石和锐钛矿两者均为四方晶系,晶型结构均可由相互衔接的Ti06八面体表示。
两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互衔接的方式不同,如图1所示。
在金红石相中,晶体结构表现为氧离子近似六方最紧密堆积,钛离子位于变形的八面体空隙中,构成[Ti06]八面体,铁离子的配位数为六,氧离子的配位数为三,[Ti06] 配位八面体沿C轴共棱成链状排列,链间由配位八面体共角顶相连,Ti06八面体有稍微的畸变,金红石型中每个八面体与周围10个八面体相连(其中两个共边, 八个共顶角),而锐铁矿型中每个八面体与周围8个八面体相连(四个共边,四个共顶角) 。
催化剂纳米二氧化钛的作用
催化剂纳米二氧化钛（TiO2）具有多种作用，主要集中在以下几个方面：
1. 光催化作用：
纳米二氧化钛在紫外线照射下具有很强的光催化活性。
当其吸收紫外光后，能产生电子-空穴对，这些载流子参与氧化还原反应，能够分解空气中的有害气体如甲醛、苯、氨气以及某些有机污染物，将其转化为无害的二氧化碳和水。
因此，纳米二氧化钛被广泛应用于空气净化、水质净化等领域。
2. 抗菌性能：
光催化作用也能有效杀灭细菌和病毒，通过生成的羟基自由基等强氧化性物质破坏微生物细胞膜和DNA结构，从而实现高效抗菌和抗病毒功能。
这种特性使得纳米二氧化钛常用于制备具有自清洁、抗菌效果的涂层材料，比如应用于建材表面、医疗设备表面处理等。
3. 紫外线屏蔽：
由于二氧化钛对紫外线有较高的反射率和吸收率，所以它是一种高效的紫外线屏蔽剂，可以添加到化妆品、涂料、塑料等材料中，保护人体皮肤或产品免受紫外线伤害，延长产品的使用寿命和提高其耐候性。
4. 新能源应用：
在能源领域，纳米二氧化钛也被研究作为光电化学电池的光阳极材料，利用其光生电荷分离的能力来转化太阳能为电能。
5. 其他功能：
还可作为催化剂载体，支持负载其他活性成分进行催化反应；同时，在某些特定条件下，纳米二氧化钛还可以表现出优异的导电性和良好的化学稳定性，进一步拓宽了其在传感器制造、环保材料、药物传递系统等方面的应用潜力。
半导体光催化03 纳米TiO2光催化材料
4.电荷在表 面向底物转 移的能力
催化剂颗粒直径的影响
催化剂粒子的粒径越小，单位质量的粒子数越多，比表面积越 大，催化活性越高；但比表面积的增大，意味着复合中心的增多， 如果当复合反应起主导作用的时候，粒径的减小会导致活性的降低
当粒径在1~10nm级时会产生量子效应
半导体禁带明显变宽，电子—空穴对的氧 化能力增强 活性增大
anatase 3.84
Lattice constant
Lengths of Ti-O bond Eg/eV /nm 0.195 3.2
a c Tetragonal 5.27 9.37 system
Tetragonal 9.05 system Rhombic system 5.8
rutile
4.22
纳米TiO2光催化剂简介※
纳米TiO2光催化剂机理※
纳米TiO2光催化剂的应用
光催化技术的发展历史
1972年，Fujishima 在N-型半导体TiO2电极上发现 了水的光催化分解作用，从而开辟了半导体光催化这 一新的领域。 1977年，Yokota T等发现了光照条件下，TiO2对环 丙烯环氧化具有光催化活性，从而拓宽了光催化反应 的应用范围，为有机物的氧化反应提供了一条新思路。
近年来，光催化技术在环保、卫生保健、自洁净 等方面的应用研究发展迅速，半导体光催化成为国际 上最活跃的研究领域之一。
光催化的基本原理
1、光催化机理
• 半导体材料在紫外及可见光照射下，将污染物短时间内完全降解 或矿化成对环境无害的产物，或将光能转化为化学能，并促进有 机物的合成与分解，这一过程称为光催化。 • 半导体光催化氧化降解有机物的作用机理：
纳米TiO2光催化剂简介 什么是多相光催化剂？
纳米TiO2的制备与应用的进展
纳米TiO2的应用与制备的研究进展李俊（中南大学化学化工学院应化0903班）摘要本文主要介绍了纳米TiO2的制备方法的现阶段进展，从物理法，化学法，新型合成方法三方面介绍了国内外的研究进展，同时综述了纳米TiO2在传感器材料，催化剂载体，光催化剂、太阳能电池原料和紫外线添加剂等方面的应用。
关键词纳米粉体 TiO2化学法应用综述1.前言纳米技术是当今世界的研究前沿。
纳米级的TiO2因其化学性高、分散性好、吸收紫外线能力强等，广泛用于化工、涂料、塑料、橡胶、纤维、造纸、油墨、搪瓷、电子等行业。
对其研究比较深的主要有传感器材料、催化剂载体、光催化剂、处理水和空气中的污染物、杀菌、太阳能电池原料以及通过贵金属沉积、离子掺杂、染料敏化、半导体复合等方法来改变其光学性质这几方面。
TiO2俗称钛白粉，无毒、无味、无刺激性、热稳定性好。
其晶相结构有四种：金红石（Rutile）、锐钛矿（Anatase）、板钛矿（Brookite）和无定形，其中以金红石型和锐钛矿型TiO2应用最为广泛[1]。
这两种晶型的TiO2硬度、密度、折光指数、光催化活性等都有所不同、两种晶型的相对含量对产品性能有较大的影响。
本文主要介绍纳米TiO2的制备和其应用的研究进展。
2.纳米TiO2的应用研究2.1 传感器材料TiO2作为敏感材料，制成传感器可检测H2、CO等可燃性气体和氧气。
特别是用作汽车尾气传感器，通过测定汽车尾气的氧含量，可以控制汽车发动机的效率。
目前研制的电阻型TiO2半导体氧传感器，以其体积小、结构简单、价格便宜而受到人们的关注[2]。
中南大学的李赛[3]将尿素酶(urease)固载于不同粒径(5nm，25nm，2.4 p m)的TiO2膜上，在350℃，pH为7的条件下采用电位法研究吸附在纳米多孔Ti02上的尿素酶的活性变化。
在钛丝基体上沉积一层纳米TiO2多孔膜，然后直接将尿素酶吸附在Ti02膜上。
基于Ti02膜的pH响应，发展了一种廉价的、易于微型化的pH敏尿素酶传感器。
环境材料纳米TiO2的光催化研究及应用
１ ３ 影 响光 催化 活性 的物 理 因素。 ．
１３ １ 晶型 的影 响 ．．
￥ｌ ｄｒ ａ ａｏ 等人 在研究 金 红 石 型 ＴＯ ｖ ｉ 单 晶上 水
的光解 过程 时发 现氧 空位形 成 的缺 陷是反 应 中将 Ｈ ０氧 化 为 Ｈ 的 活 性 中心 ， 因 是 Ｔ 一Ｔ ２ ２２ ０ 原 ｉ ¨ ｉ ’ （ ．５ ＇小 得 多 ， 而使 吸 附 的 活性 羟 基 的反 ０ ４ ９Ｉ １ ｍ） 因
维普资讯
第３ ６卷 第 １期 ２０ ０ ７年 ２月
当
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Ｖ０ ． １３６． Ｎｏ． １ Ｆ ｂｕ ｒ ２ ０ ｅ ｒ ａｙ， ０ ７
环 境材 料 纳米 ＴＯ ｉ２的光催 化 研 究 及 应 用
王 俊 尉 ，谷 晋川 ， 杨 萍 ，南艳 丽 ，黄 健 盛
（ 华 大 学 能源 与环 境 学 院 ，四川 成 都 ６０ ３） 西 １０９
摘
要 ： 环 境 材 料 纳 米 ’（ ｎ） ２已成 为 环 保 领 域 和 纳 米 新 材 料 领 域 共 同 关 注 的 焦 点 ， 电 子 转 从
子还 有复合 的可能 ， 其机理 如下 ｎ ： 】
由于 纳米 ＴＯ ｉ：的粒径 非 常小 ， 以极 大 缩短 所 了ｈ 和 ｅ 从 晶体 内部 迁移 导 表 面 的时 间 ， 而 一 从
等 ， 些优 点使 纳米 ＴＯ 光催 化材 料 拥 有广 阔的 这 ｉ： 应 用领 域 和发 展 前 景 ， 已经成 为 纳 米 技术 在 环 其
就是 说 只要 半导 体 吸收 的光能 （ ｖ不 小 于其 禁 带 ｈ） 宽 度 ， 带 上 的 电子 （ 一 就 可 以被 激 发 跃迁 到 导 价 ｅ） 带 ， 价带 上产 生相应 的空穴 （ ） 随后 ｈ 在 ｈ ， 和 ｅ 一
纳米TiO2光催化材料(讲)详解
0.199 3
板钛矿 4.13 斜方晶系
➢锐钛矿相和金红石相TiO2的能带结构
CB/e3.2eV
两者的价带位置相同，光生空
0.2eV CB/e-
穴具用相同的氧化能力;但锐钛矿 相导带的电位更负，光生电子还
原能力更强
3.0eV
VB/h+
VB/h+
混晶效应：锐钛矿相与金红石 相混晶氧化钛中，锐钛矿表面形 成金红石薄层，这种包覆型复合 结构能有效地提高电子-空穴的分 离效率
近年来，光催化技术在环保、卫生保健、自洁净 等方面的应用研究发展迅速，半导体光催化成为国际 上最活跃的研究领域之一。
纳米TiO2光催化剂简介
纳米TiO2是一种新型的无机金属氧化物材料， 它是一种N型半导体材料，由于具有较大的比表面积 和合适的禁带宽度，因此具有光催化降解一些化合 物的能力。
纳米TiO2以其优异的光催化活性、价格低廉、 无毒无害等优点得到了广泛的应用。
2.当氧的分压较低（如PO2 ≤5066.25Pa），底物S的浓度较高 （大于10-3mol/dm-3)时。温度效应取决于温度对有机底物和氧 吸附性能的影响。
其他影响因素 除了前面提过的影响因素外，外加氧化剂、光源、
光强、反应液中的盐等外界条件都可以对TiO2的光 催化活性产生一定的影响。
➢ TiO2光催化材料的特性
➢ TiO2光催化活性的光催化的影响因素
TiO2晶体结构的影响
在 TiO2的三种晶型锐钛矿、金红石和板钛矿中，锐钛矿表 现出较高的活性，原因如下：
1.锐钛矿较高的禁带宽度使其电子空穴对具有更正或更负 的电位，因而具有较高的氧化能力
2.锐钛矿表面ห้องสมุดไป่ตู้附H2O，O2及OH-的能力较强，导致光催 化活性较高
纳米TiO2光催化材料的合成及应用研究进展
剂中的电子或 Ｔ ｉ Ｏ ： 纳米粒子表面吸附物质 ， 使原本
不吸光物质被氧化活化 ， 电子受体通过接受表面的 电子而被还原。该过程如下式和图 １ 所表示。
Ｔ ｉ Ｏ ２＋ Ｈ ２ Ｏ ＿ ＋ ｅ 一＋ｈ ｈ ＋Ｏ Ｈ一 ＨＯ ・ ｈ ＋ Ｈ２ Ｏ Ｈ Ｏ ・＋Ｈ
ｅ 一＋Ｏ － － ＋ ０ ２ －・ Ｏ ＋Ｈ ＿ ÷ Ｈ０ ２・ ２ ＨＯ ２・ Ｏ ２ ＋ Ｈ２ ０ ２
ｐ ｏｐ ｒ ｏ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｈｅ ｔ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｎ ａ ｎ ｏ—Ｔ ｉ Ｏ２ ； ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ； ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ； ｗ ａ ｓ ｔ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ；ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｔｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ Ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｔ ｉ Ｏ２ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ
Ｙ Ａ ＮＧ Ｙ ａ ｏ—ｂ ｉ ｎ， ＣＵ Ｉ Ｙ ｕ ｅ ， Ｚ Ｈ Ａ ＮＧ Ｆ ｅ ｎ ｇ—Ｍ ｅ ｉ
表 了Ｔ ｉ Ｏ ： 光电极和铂 电极 组成 的光 电化学体 系在 紫外光 的照射下分解水成氢和氧的论文和 １ ９ ７ ６年
负载纳米TiO2污泥光催化剂的制备及应用
Pang Haoliang, Tian Yujie, Wang Mengdi
（Shandong Agricultural University, Shandong, 271018）
16
当代化工研究 Chenmical Intermediate
技术应用与研究
2016·12
负载纳米TiO2污泥光催化剂 的制备及应用
＊庞浩亮 田宇杰 王孟迪 （山东农业大学 山东 271018）
摘要：以纳米TiO2和焦化废水污泥为原料，ZnCl2为活化剂，一步法制备AC-TiO2。以罗丹明B为目标污染物进行光催化去除实验，考察了活
活性污泥是指活性污泥法处理工艺中，二沉池产生的沉 淀物，扣除回流的那部分，剩余的部分称为剩余活性污泥。 其中含有大量的水分、有机物、N、P等营养元素，以及重 金属、病原菌等有害物质，同时富含有机碳，成分、产量高且 易于获得，在适当条件下通过热解，可以使之转化为活性炭。
活性炭由于其独特的物理化学结构，其具有很强的吸附 性能，同时也是理想的催化剂载体，被经常用于环境污染治 理，是一种环保型吸附剂。但是，目前来看，商品活性炭通 常由价格昂贵的原材料制备，诸如木材、稻壳或者煤炭、沥 青等，生产成本较高，限制了其应用范围。
Key words：excess sludge；TiO2；composite photocatalyst；Rhodamine B；photodegradation rate
在城市化和工业化快速发展的今天，污水厂污泥的产 生、储存、处理及资源化利用过程中均可能危害环境。同时 伴随着污泥海洋处理的禁止以及严格填埋标准、农用标准的 制定与实施，污泥的管理已经成为一个世界性的社会和环境 问题。采用传统的处置方法，如土地填埋、焚烧等方式进行 处理，相对于当今越来越严格化的环境标准，显然是不合适 的。同时，随着资源短缺的加剧，人们开始寻找新的资源， 而污泥由于其有机物、营养元素含量高等优点而日益受到关 注。因此，如何解决污泥问题，并使其化废为宝，是一个具 有重要意义的课题。
材料的光催化材料和催化应用
材料的光催化材料和催化应用光催化材料是一种能够利用光能进行催化反应的材料。
它具有优异的光吸收性能和催化性能，能够在可见光或紫外光的激发下有效地促进各种催化反应。
这使得光催化材料在环境污染治理、能源转化和有机合成等领域具有广泛的应用前景。
本文将重点介绍光催化材料的种类及其在催化应用中的潜力。
一、光催化材料的种类1. 半导体纳米材料半导体纳米材料是最常见的光催化材料之一。
常见的半导体纳米材料包括二氧化钛（TiO2）、二氧化锌（ZnO）和氧化铈（CeO2）等。
这些材料能够吸收光能，产生电子-空穴对，并通过光生电子-空穴对参与催化反应。
其中，二氧化钛被广泛研究和应用于光催化领域，具有良好的稳定性和催化性能。
2. 金属有机骨架材料金属有机骨架材料（MOFs）是由金属离子或簇以及有机配体通过配位作用形成的晶态材料。
MOFs具有高度可调性和多样性的结构，可用于构建具有特定功能和催化性能的光催化材料。
例如，MOFs可通过调控金属中心和配体的选择、拓扑结构的设计来实现对光催化性能的调控。
3. 光敏染料材料光敏染料材料是一类可以吸收可见光或紫外光的有机染料。
它们通常具有特殊的光物理性质，如光吸收、光致发光和光电转换等。
光敏染料材料能够通过光激发后产生激发态分子，并与物质相互作用，从而促进催化反应的进行。
一些光敏染料材料已经被应用于光催化水分解、有机合成等领域。
二、光催化材料的催化应用1. 污水净化光催化材料在污水净化中具有重要的应用潜力。
通过光催化反应，光生电子-空穴对可以与污染物发生催化反应，降解有机物和杀灭细菌等。
特别是二氧化钛等半导体纳米材料在可见光的激发下也能够发挥有效的催化作用，拓展了光催化材料在环境污染治理领域的应用范围。
2. 太阳能光解水产氢光解水产氢是一种清洁、可持续的能源转化方式。
光催化材料可利用太阳能将水分解为氢气和氧气，将可再生的太阳能转化为储存能。
半导体纳米材料如二氧化钛和二氧化锌等在光解水产氢中表现出优异的催化性能，可被用于制备高效的光催化水分解催化剂。
二氧化钛纳米材料
二氧化钛纳米材料二氧化钛（TiO2）是一种重要的半导体材料，具有广泛的应用前景，尤其是在纳米材料领域。
纳米材料是指至少在一维上尺寸小于100纳米的材料，具有特殊的物理、化学和生物学性质。
二氧化钛纳米材料因其独特的光电性能和化学稳定性，被广泛应用于光催化、光电器件、传感器、抗菌材料等领域。
首先，二氧化钛纳米材料在光催化领域具有重要应用。
由于其较大的比表面积和优异的光催化性能，二氧化钛纳米材料被广泛应用于水分解、有机废水处理、空气净化等领域。
通过光催化作用，二氧化钛纳米材料可以有效分解有害物质，实现环境净化和资源利用，具有重要的环保和能源应用价值。
其次，二氧化钛纳米材料在光电器件方面也有重要应用。
由于其优异的光电性能和稳定性，二氧化钛纳米材料被广泛应用于太阳能电池、光电探测器、光致发光器件等领域。
通过合理设计和制备二氧化钛纳米材料，可以实现光电器件的高效能转换和稳定性，推动光电器件领域的发展和应用。
此外，二氧化钛纳米材料在传感器领域也具有重要应用。
由于其高灵敏度和快速响应特性，二氧化钛纳米材料被广泛应用于气体传感、生物传感、化学传感等领域。
通过构建二氧化钛纳米材料基底的传感器，可以实现对环境中有害气体、生物分子、化学物质等的高灵敏检测和快速响应，具有重要的应用前景和社会价值。
最后，二氧化钛纳米材料在抗菌材料方面也有重要应用。
由于其优异的抗菌性能和生物相容性，二氧化钛纳米材料被广泛应用于医疗器械、食品包装、环境卫生等领域。
通过将二氧化钛纳米材料引入抗菌材料中，可以实现对细菌、病毒等微生物的高效杀灭和抑制，具有重要的医疗卫生和食品安全应用价值。
总之，二氧化钛纳米材料具有广泛的应用前景，在光催化、光电器件、传感器、抗菌材料等领域都有重要的应用价值。
随着纳米材料研究的不断深入和发展，相信二氧化钛纳米材料将在更多领域展现出其独特的优势和应用价值。
纳米TiO2光催化材料简介及光催化机理毕业设计
纳米TiO2光催化材料简介及光催化机理毕业设计目录摘要 ................................................... 错误!未定义书签。
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1.文献综述 (1)1.1 纳米TiO光催化材料简介及光催化机理 (1)2光催化材料简介 (1)1.1.1 纳米TiO21.1.2 TiO光催化的基本原理 (1)21.2 提高光催化性能的改性方法及原理 (3)1.2.1 过渡金属元素掺杂 (3)1.2.2 稀土元素掺杂 (4)1.2.3 非金属元素掺杂 (4)制备方法 (5)1.3 掺杂TiO21.3.1 共沉淀法 (5)1.3.2 浸渍法 (6)1.3.3 W/O型微乳液法 (6)1.3.4 固相反应法 (6)1.3.5 溶胶凝胶法溶胶一凝胶法 (7)1.4 金属离子掺杂改性TiO的原理及影响因素 (7)2的光催化机理 (8)1.4.1 金属离子掺杂 TiO21.4.2 金属离子掺杂改性TiO光催化性能的影响因素 (9)21.5 TiO2光催化技术在环境净化方面的应用 (11)1.5.1 水环境有机污染物的去除 (11)1.5.2 空气净化 (12)1.5.3 高效杀菌 (12)1.6 本课题研究的意义及内容 (12)1.6.1本课题研究的意义 (12)1.6.2本课题研究的内容 (13)2 实验方法 (15)2.1 设计及实验流程图 (15)2.2 仪器与试剂 (16)2.2.1 实验仪器 (16)2.2.2 分析测量仪器 (16)2.2.3 化学试剂和原材料 (16)2.2.4 初始化学试剂的配制 (17)2.3 凝胶的制备及条件的选择 (18)2.3.1 TiO凝胶的制备 (18)2凝胶的制备 (19)2.3.2 M/TiO22.4 粉末的制备 (19)2.5 粉末的光催化降解实验方法 (19)2.6 粉末的表征 (20)3.实验结果及讨论 (21)3.1 焙烧温度的影响及优选 (21)3.2 不同金属掺杂的影响及优选 (21)3.3 掺杂量的影响及优选 (22)3.4 不同反应pH的影响及优选 (23)3.5 表征数据的处理及分析 (23)3.5.1 (23)3.5.2 (23)3.5.3 (23)4 结论 (24)5 谢辞 (27)6 参考文献 (26)7.附录 (28)1.文献综述1.1 纳米TiO2光催化材料简介及光催化机理1.1.1 纳米TiO2光催化材料简介自从1972年日本Fujisima和Honda报道了TiO2电极上电解水现象后，半导体光催化引起了国际化学、物理学和材料学等领域科学家的广泛关注。
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91 92 94
卫生保健方面的应用
灭杀细菌和病毒
可以用于生活用水的的杀菌消毒；负载TiO2 光催化剂的玻璃、 陶瓷等是医院、宾馆、家庭等各种卫生设施抗菌除臭的理想材料
使某些致癌细胞失活
防结雾和自清洁涂层方面的应用
在紫外光照射下，水在氧化钛薄膜上完全浸润。因此，在浴室 镜面、汽车玻璃及后视镜等表面涂覆一层氧化钛可以起到防结雾 的作用
纳米TiO2是当前最有应用潜力的光催化剂
二氧化钛晶体的基本物性
形态 锐钛矿 相对密度 晶格类型 3.84
晶格常数 a c
9.37
禁带宽度 /eV
3.2
正方晶系 5.27
金红石
板钛矿
4.22
4.13
正方晶系 9.05
斜方晶系
5.8
0.199
3
TiO6
Ti
O
锐钛矿相和金红石相二氧化钛的能带结构
VB TiO2 VB TiO2
S0 色素或染料
ES1 ﹥ ECB 有光生电流产生
ES1 ﹥ ECB 无光生电流产生
偶合型复合半导体电荷分离示意图
CB — h
B
— CB Bh
CdS
TiO2
A
VB + A+
+
VB
包覆型复合半导体电荷分离示意图
TiO2
— —
CB
CB
h A +
SnO2 h
+ VB VB
化学气相沉积法 粒径小，分散性好，分布窄，化 技术和材质要求高， （CVD） 学活性高，可连续生产 工艺复杂，投资大 微乳液法 可有效控制TiO2纳米粉末的尺寸 易团聚
纳米TiO2光催化剂的应用
环保方面的应用
卫生保健方面的应用 防结雾和自清洁涂层
光催化化学合成
环保方面的应用
有机污染物的处理 无机污染物的处理
+2.0
+2.5 +3.0 +3.5 +4.0
3.2eV
+2.0
+3.0 +4.0
--O3/O2+H2O(2.07)
--F2/2F-(2.87)
光催化剂的纳米尺寸效应
量子效应
当半导体粒径小于某一纳米尺寸时，导带和价带间的能隙变宽，光 生电子和空穴的能量增加，氧化还原能力增强
表面积效应
随着粒子尺寸减小到纳米级，光催化剂的比表面积大大增加，对底 物的吸附能力增强
光催化机理
Conduction band
Aads D Dads Doxidized + Eg h Areduced band gap A
Valence band
semiconductor particle
Overall reaction: D+A
h PC
Doxidized +Areduced
有代表性的光催化半导体材料及其能带
A+
光催化剂固定化的技术优势
将光催化剂制成薄膜或以微粒形式负载于基质上： 有效解决了悬浮相光催化剂分离回收难的问题
可以克服悬浮相催化剂稳定性差、容易中毒等缺点
应用活性组分和载体的功能组合来设计新型光催化反应器
但是也存在光催化剂分散度降低，与反应物接触面积减小，
光吸收效果变差等缺点
负载型TiO2光催化剂制备方法
载流子扩散效应
粒径越小，光生电子从晶体内扩散到表面的时间越短，电子和空穴 的复合几率减小，光催化效率提高
TiO2光催化材料的特性
光催化活性高（吸收紫外光性能强；禁带和导带
之间的能隙大，光生电子和空穴的还原性和氧化 性强）
化学性质稳定(耐酸碱和光化学腐蚀),对生物无
毒 在可见光区无吸收，可制成白色块料或透明薄膜 原料来源丰富
贵金属沉积
离子掺杂
添加适当的有机染料敏化剂 采用复合半导体
载Pt后的TiO2光催化性能
h ≥ E g A D h+ eTiO2 Doxidized
Pt
Areduced
光生电子在Pt岛上富集，光生空 穴向TiO2晶粒表面迁移，这样形 成的微电池促进了光生电子和空 穴的分离，提高了光催化效率
VB/h+
锐钛矿相
VB/h+
金红石相
粉体纳米TiO2光催化剂的制备
制备方法 溶胶-凝胶法 （sol-gel） 优点 不足
粒径小，分布窄，晶型为锐钛矿 前驱体为钛醇盐，成 型，纯度高，热稳定性好 本高
水热合成法
晶粒完整，粒径小，分布均匀， 反应条件为高温、高 压，材质要求高 原料要求不高，成本相对较低
在窗玻璃、建筑物的外墙砖、高速公路的护栏、路灯等表面涂 覆一层氧化钛薄膜，利用氧化钛在太阳光照射下产生的强氧化能 力和超亲水性，可以实现表面自清洁
有机污垢
无机污垢
CO2 H2O
TiO2薄膜
光催化化学合成
有机合成
光催化不仅可分解破坏有机物，在适当条件下还能用 来合成一些有机物。如在非水溶剂中，苯乙烯光催化聚合 生成聚苯乙烯
纳米 TiO2光催化材料及其应用
光催化技术的发展概况
A.1972年Fujishima和Honda在n-型半导体TiO2电极上发现了水 的光催化分解作用，揭开了光催化技术研究的序幕。 B.1976年Garey用TiO2光催化剂脱除了多氯联苯中的氯，1977年 Frank光催化氧化CN-为OCN-，光催化技术在环保方面的应用 研究开始启动。 C.近十几年来，半导体光催化技术在环保、卫生保健等方面的 应用研究发展迅速，纳米光催化成为国际上最活跃的研究领 域之一。
（1）对纳米TiO2催化剂进行修饰，研制复合纳米TiO2催化 剂，提高催化活性 （2）加强采用自然光源和光催化剂固定技术的研究 （3）设计新型光催化反应器，提高光催化效率 （4）积极推广应用研究成果
CB/e0.2eV
3.2eV
CB/e-
3.0eV
两者的价带位置相同，光生空穴具有相同的氧 化能力；但锐钛矿相导带的电位更负，光生电 子还原能力更强 混晶效应：锐钛矿相与金红石相混晶具有更高 光催化活性，这是因为在混晶氧化钛中，锐钛 矿表面形成金红石薄层，这种包覆型复合结构 能有效地提高电子－空穴对的分离效率
(NHE)
-1.5 -1.0 -0.5 0 +0.5 +1.0 +1.5 △E=1.4eV GaAs (n,p) CdS (n) ZnO (n) WO3 (n) TiO2 -1.0
SnO2
(n)
(n) 0 +1.0
--
2.5eV 3.2eV 3.2eV 3.8eV
2H+/H2
--Cl2/2Cl-(1.40eV)
化学气相沉积法
溶胶凝胶法工艺简单,条件温和,制得的 催化剂光催化活性高,是实验室最常用的方 法。但存在着在干燥过程中薄膜易发生龟 裂，薄膜厚度受到限制的缺点
溶胶－凝胶法
偶联法 离子交换法 液相沉积法
其他如粉体烧结法、掺杂法、溅射法等
纳米TiO2光催化前景展望
纳米TiO2光催化有着广阔的应用前景 今后工作的重点
1. 光催化能够解决Cr6+、Hg2+、Pb2+等重金属子的污染问题 2. 光催化还可分解转化其它无机污染物，如CN-、NO2-、H2S、 SO2, NOx等
室内环境净化
主要有机物光催化降解反应
有机物 烃 卤代烃 羧酸 表面活性剂 染料 含氮有机物 有机磷杀虫剂 催化剂 TiO2 TiO2 TiO2 TiO2 TiO2 TiO2 TiO2 光源 紫外 紫外 紫外，氙灯 日光灯 紫外 紫外 紫外，太阳光 光解产物 CO2 ，H2O HCl，CO2，H2O CO，H2，烷烃，醇，酮，酸 CO2，SO32CO2，H2O，无机离子，中间物 CO32-，NO32-，NH4+，PO43-，F- 等 Cl-，PO43-，CO2
无机反应
H2O(l)
h
PC
H2+1/2O2
N2(g)+3H2
h
PC
2NH3
纳米TiO2光催化技术的不足
光致电子和空穴对的转移速度慢，复合率高，导致光
催化量子效率低
只能用紫外光活化，太阳光利用率低
粉末状TiO2在使用过程中存在分离、回收困难等问题
提高TiO2光催化性能的主要途径
纳米TiO2光催化绿色涂料对室内氨气等的降解
放入涂料板后 放入涂料板前 一天 两天 五天 七天 去除效率 （ %）
测试条件 气体浓度
氨气（mg/m3) 甲醛（mg/m3) 苯（mg/m3)
1.93 0.90 0.86
0.60 0.43 0.64
0.32 0.22 0.18 0.21 0.13 0.07 0.25 0.15 0.05
离子掺杂的TiO2光催化性能
2001年Asahi等日本学者报道了 氮掺杂的TiO2 ,引起人们对阴离 子掺杂光催化剂及其可见光响应 性能的广泛兴趣。
过渡金属离子的掺杂会在半导体晶格中引入能捕获光致 电子和空穴的缺陷；或改变结晶度，使激发光的波长红移
光敏化原理示意图
CB
S1
h
CB
S1
h
S0 色素或染料