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。许多学者对水中有机污染物光催化分解进行了系统的研究，结果表明以TiO2为光催化剂，在光照的条件下，可使水中的烃类、卤代物、羧酸等发生氧化还原反应，并逐步降解，最终完全氧化为环境友好的CO2和H2O等无害物质。4、处理无机污水除有机物外，许多无机物在TiO2表面也具有光学活性，例如无机污水中的Cr6+接触到TiO2催化剂表面时，能够捕获表面的光生电子而发生还原反应，使高价有毒的Cr6+降解为毒性较低或无毒的Cr3+，从而起到净化污水的作用；一些重金属离子如Pt4+，Hg2+，Au3+等，在催化剂表面也能够捕获电子而发生还原沉淀反应，可回收污水的无机重金属离子。5、防雾、自清洁功能TiO2薄膜在光照下具有超亲水性和超永久性，因此其具有防雾功能。如在汽车后视镜上涂覆一层氧化钛薄膜，即使空气中的水分或者水蒸气凝结，冷凝水也不会形成单个水滴，而是形成水膜均匀地铺展在表面，所以表面不会发生光散射的雾。当有雨水冲过，在表面附着的雨水也会迅速扩散成为均匀的水膜，这样就不会形成分散视线的水滴，使得后视镜表面保持原有的光亮，提高行车的安全性。阅读会员限时特惠 7大会员特权立即尝鲜

如果把高层建筑的窗玻璃、陶瓷等这些建材表面涂覆一层氧化钛薄膜，利用氧化钛的光催化反应就可以把吸附在氧化钛表面的有机污染物分解为CO2和O2，同剩余的无机物一起可被雨水冲刷干净，从而实现自清洁功能。

6、抗菌塑料

在日常生活中人们是离不开塑料制品的，如卫生间设施、桌面、垃圾箱、厨房用具、家用电器的塑料外壳、食品包装袋等等，由于温度、湿度合适，非常容易滋生感染细菌。因此!，对此类材料进行抗菌处理是极其必要的。

徐瑞芬等【2】

利用纳米TiO2作为无机抗菌剂，研制抗菌广谱长效的功能塑料。结果表明：采用锐钛矿

型纳米二氧化钛,经表面包覆处理,呈现较好的分散性；与PE树脂等高分子材料有较好的相容性,将其制备成抗菌塑料，具备长效广谱的抗菌效果,安全稳定,实施方便,在净化环境方面具有广阔的应用前景。

杨毅等[3]采用在水玻璃溶液中沉纳米TiO2粒子的方法，制备出了以多孔SiO2

纳米膜包覆单个TiO2晶粒的纳米复合粒子。以其对4种保健食品进行对照灭菌验，结果表明，这种食品纳米复合杀菌保鲜物质不但具有抗菌与杀菌功能，且杀菌迅速、杀菌力强，同时，还具有长期使用和循环再生使用的优点。

7、抗菌纤维

在抗菌纤维产品中，内衣、鞋袜、手术服、护士服、绷带、尿布、床单及儿童服装等纤维制品的生产加工得到人们的关注。抗菌纤维是将微粉（含有纳米TiO2和ZnO、SiO2等）掺入天然材料、聚合物或长丝中而纺制出的，具有抗菌和除臭功能。自1984年以来，日本相继开发出多种除臭纤维，而且新产品不断问世。纤维中掺加纳米二氧化钛制成的产品比一般的抗菌织物具有更强的抗菌效果和更多的耐洗次数，因而，越来越受到人们的青睐。

8、抗菌陶瓷

在20世纪80年代末，工业发达国家在医院、餐厅、高级住宅率先使用了抗菌陶瓷。人们在使用陶瓷制品如浴盆、碗、碟、盘以及各类建材(如内墙砖、地砖等)时，这些场所有着细菌赖以生存的温度和湿度，会使这些陶瓷的表面沾染和滋生各种致病菌，人们与之接触后很容易受到感染。因而人们研制出了对人无害的抗菌陶瓷，它是在已制好的陶瓷成品表面镀上一层纳米无机粒子（如TiO2或TiO2掺金属离子溶胶凝胶薄膜），再经过低温烧结，实现光催化抗菌功能[4]。日本市场出售的抗菌瓷砖是在上釉后喷涂含纳米二氧化钛的液体(分散液)，在800℃以上焙烧形成厚度为1um以下的二氧化钛膜而制成的。此二氧化钛膜即使用海绵刷也不会擦掉，对大肠杆菌、MRSA（耐新青霉素Ⅱ、金黄色葡萄球菌）均有良好的抗菌效果。

9、抗菌涂料

涂料的抗菌处理是提高环境卫生的重要手段，抗菌涂料可使附着其表面的细菌及霉菌失活，还可起到净化空气的作用。为使涂层中的抗菌剂发挥作用，接触杀菌是必要条件。由于纳米TiO2具有抗菌、防锈、分解异臭、防污等功能，因此，在隧道内照明灯及高速公路两旁路灯灯罩玻璃上、在建筑物的屋顶、在医院手术室的手术台上涂刷纳米TiO2涂层，经阳光或室内光照射，就能杀死附着细菌，且很容易冲刷掉经氧化分解后的污垢物[5]。

10、化妆品

近年来，氟利昂气体的随意排放致使臭氧层遭到破坏。臭氧层减少将使达到地球表面的紫外线增加，从而使皮肤癌的发病率增加。因此，对研制紫外线防护剂的要求日益强烈。纳米TiO2具有粒径小（呈透明状），活性大，吸收紫外线的能力很强，良好的消色力、遮盖力、清晰的色调、无毒、无味和良好的易分散性等性质，决定纳米TiO2在化妆品领域具有重要的地位，被广泛地应用于化妆品中。纳米TiO2能稳定均匀地分散于化妆用品中，利用其对紫外线的吸收作用，可阻止高分子链的降解，减少自由基的发生，从而达到防日晒老化的效果。

11、其它方面的应用

日本开发了具有抗菌作用的新型荧光灯，在该灯表面涂敷了光催化杀菌剂TiO2，能分解灯表面的油渍、空气中的菌类，消除异臭等，可望替代目前普通荧光灯。

饮用水处理上，同济大学李田等人将纳米TiO2固定在玻璃纤维网上制成催化膜，用来深度净化饮用水，降低自来水中总有机物量和细菌总数，全面改变水质，达到了直接饮用的