纳米二氧化钛光催化涂层及.
纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究
纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。
环境问题已严重影响现代文明的发展，有机污染物具有持久性的特点而长期威胁人类健康，开发和设计仅利用太阳能即可完成对有机污染物降解的新材料将会是解决环境问题的有效方法之一。
纳米TiO2作为一种光催化材料，具有优异的物理和化学性质，因而被广泛应用和重点研究。
本文就纳米TiO2材料的制备及其光催化性能展开探讨。
标签：纳米TiO2;光催化;制备方法;光催化效能引言半导体光催化技术是解决环境污染与能源短缺等问题的有效途径之一。
以二氧化钛为代表的光催化剂在染料敏化太阳能电池、锂离子电池、光伏器件以及光催化领域表现出明显的使用优势.但是TiO2本身的弱可见光吸收、低电导率、高载流子复合速率限制了其在工业生产中的进一步使用。
科技工作者一般通过掺杂、半导体复合、燃料敏化、表界面性质改性等方法提高TiO2的光电化学性能，使其能在生产实践中广泛应用。
1、TiO2材料简介TiO2在自然界中的主要存在形态为金红石、锐钛矿和板钛矿三种晶型，其中金红石是TiO2的高温相，锐钛矿和板钛矿两种形态是TiO2的低温相。
在三种晶型中光催化活性最好的为锐钛矿型TiO2。
锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV 与之对应的激发波长为387nm。
所以，TiO2作为光催化剂在紫外光条件下具有催化活性，在可见光下一般没有活性。
只有对它的结构进行改性，使它的禁带宽度得以缩小，才可以实现材料在可见光条件下的催化降解反应。
改性的方式目前主要有以下几种方法：通过改变晶体内部结构来改变催化剂禁带宽度的离子掺杂方法，通过形成异质结改变能带结构的半导体复合法，提高催化剂对光的吸收能力的表面光敏化法，增大催化剂比表面积使晶粒细化的负载载体法等。
光催化材料中电子e一和空穴h十的浓度会影响有机物的降解速度。
粒径的减小能够使表面原子增加，使光催化剂吸收光的效率显著提高，使其表面e一和h十的浓度增大，从而提高光催化剂的催化活性。
二氧化钛光催化性能
原理，致力提高光催化效率。
Fujishima和Honda的研究工作引起了人们对半导体在光作用下能否用于污染 控制的兴趣，而半导体光电化学的研究结果为开展这一工作奠定了基础。从七十年代
初期以来，国外许多学者竞相开展这方面的研究。1976年,J. H. Cary报道了TiO?水 浊液在近紫外光的照射下可使多氯联苯脱氯，注意到TiO2水体系在光照条件下可非
日常生活废水中含有大量的表面活性剂，这种废水不但容易产生异味和泡沫，而且 还会影响废水的生化。表面活性剂不但很难降解，有时还会产生有毒或不溶解的中间
体。研究证明，采用纳米TiO2催化剂分解表面活性剂可以取得较好的效果。虽然表面 活性剂中的烷基链较难完全被纳米TiO2催化剂氧化成CO2,但表面活性剂中芳环的破
纳米二氧化钛光催化性能的研究
摘要：介绍实验室制备金红石型二氧化钛的一种方法，并通过XRD扫描分析其相 态，经扫描电子显微镜观察所制备的二氧化钛的形貌和尺寸， 最后在紫外光照射下研 究其对有机物的降解。
关键词：制备；TiO2；纳米材料；光催化。
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早在1929年人们就知道了涂料的“钛白”现象，即涂料中的二氧化钛能使颜料褪 色。后来的研究发现，造成这一现象的原因是TiO2的光敏化行为，即TiO2的光敏化引 起油漆中有机物粘合剂的光降解，从而导致尤其涂料的不稳定。20世纪70年代和80
二氧化钛光催化剂材料涂层
二氧化钛光催化剂材料涂层什么是二氧化钛光催化剂材料涂层？二氧化钛光催化剂材料涂层是一种常见的光催化剂材料涂层，其中的主要成分是二氧化钛。
它具有高效催化反应、能源可持续利用等特点，被广泛应用于环境污染治理、能源转化、材料功能改性等领域。
二氧化钛是一种无毒、无害的材料，可以通过不同的制备方法获得，如溶胶-凝胶法、气相沉积法、热蒸发法等。
当二氧化钛以光催化剂材料涂层的形式应用时，它能够通过吸收光能量产生光生电化学反应，并将光能转化成化学能，从而驱动各种有益反应发生。
如何制备二氧化钛光催化剂材料涂层？制备二氧化钛光催化剂材料涂层的方法多种多样，下面将介绍一种常用的制备方法。
1. 材料选择：首先，选择合适的二氧化钛材料，可以选择晶体型的二氧化钛（如金红石型、锐钛矿型等）或者非晶体型的二氧化钛（如无定形二氧化钛）等。
2. 基体选择：选择适用的涂层基体，可以是玻璃、陶瓷、金属等材料。
基体的选择应考虑到涂层与基体的附着力、相容性等因素。
3. 制备涂层：可以通过不同的方法制备二氧化钛光催化剂材料涂层，其中的常用方法包括溶胶-凝胶、物理气相沉积、脉冲激光沉积等。
以溶胶-凝胶为例，制备涂层的步骤如下：a. 溶胶制备：将适量的二氧化钛溶解在有机或无机溶剂中，形成均匀的溶胶。
b. 凝胶制备：通过加热、搅拌等方法将溶胶逐渐转化为凝胶。
c. 涂层制备：将凝胶涂布在待涂层表面，可以使用刷涂、喷涂、浸渍等方式进行。
4. 热处理：将制备好的二氧化钛光催化剂材料涂层进行热处理，通常在高温下进行，以提高涂层的结晶度和催化活性。
二氧化钛光催化剂材料涂层的应用领域和意义？二氧化钛光催化剂材料涂层在环境污染治理、能源转化、材料功能改性等领域具有广泛的应用前景和重要的意义。
在环境污染治理方面，二氧化钛光催化剂材料涂层可以应用于有机废水处理、空气净化等领域。
当二氧化钛暴露在光线下时，它可以吸收光能量，产生电子空穴对，并通过光生电化学反应将环境中的污染物降解为无害物质，从而起到净化环境的作用。
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)半导体の效应，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の活性物质，起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌の作用。
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、良好の化学稳定性、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，是最具有开发前景の绿色环保催化剂之一。
无毒害の纳米TiO2催化材料，充分发挥抗菌、降解有机污染物、除臭、自净化の功能，这类环保型功能材料实施方便、应用性强，能实用到生活空间の多种场合，发挥其多功能效应，成为我们生活环境中起长期净化作用の环保材料。
光催化原理- 什么是光催化光催化[Photocatalyst]是光 [Photo=Light] +催化剂[catalyst]の合成词。
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。
光催化在光の照射下会产生类似光合作用の光催化反应(氧化－还原反应,产生出氧化能力极强の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の水(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。
光催化在微弱の光线下也能做反应，若在紫外线の照射下，光催化の活性会加强。
近来, 光催化被誉为未来产业之一の纳米技术产品。
- 光催化反应原理TiO2当吸收光能量之后，价带中の电子就会被激发到导带，形成带负电の高活性电子e-,同时在价带上产生带正电の空穴h+。
在电场の作用下，电子与空穴发生分离，迁移到粒子表面の不同位置。
热力学理论表明，分布在表面のh+可以将吸附在TiO2表面OH-和H2O分子氧化成(OH.)自由基,而OH.自由基の氧化能力是水体中存在の氧化剂中最强の，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。
纳米二氧化钛光催化作用在建筑外墙中的应用研究
纳米二氧化钛光催化作用在建筑外墙中的应用研究随着人们生活水平的提高，对于建筑物的要求也越来越高。
除了外观美观、内部舒适之外，建筑物的环保性能也成为了人们关注的焦点。
近年来，纳米二氧化钛光催化技术在建筑外墙中的应用越来越广泛，它不仅可以有效地净化空气，还可以降低能耗，让我们的生活环境更加美好。
那么，纳米二氧化钛光催化技术究竟有什么神奇的作用呢？接下来，就让我们一起揭开它的神秘面纱吧！我们来了解一下纳米二氧化钛。
纳米二氧化钛是一种非常小的颗粒，其直径只有几纳米到几十纳米不等。
由于其特殊的结构和性质，纳米二氧化钛具有很强的光催化作用。
当紫外线照射到纳米二氧化钛表面时，它可以迅速地将太阳能转化为化学能，从而产生大量的羟基自由基(·OH)。
这些羟基自由基具有很强的氧化还原能力，可以有效地分解空气中的有害物质，如甲醛、苯等挥发性有机物(VOC)。
那么，纳米二氧化钛光催化技术在建筑外墙中的应用又是怎样的呢？其实，这种技术主要有两种形式：一种是将纳米二氧化钛作为涂层涂在建筑外墙表面；另一种是将纳米二氧化钛与其他材料复合在一起，形成一种新型的建筑材料。
下面，我们就分别来看看这两种形式的应用。
1. 将纳米二氧化钛作为涂层涂在建筑外墙表面这种方法的优点是操作简单，成本较低。
只需要在建筑外墙表面涂上一层纳米二氧化钛涂层，就可以实现净化空气的目的。
这种方法的效果也是有限的，因为涂层本身也会消耗一定的能量。
不过，随着科技的发展，这种方法的应用范围将会越来越广泛。
2. 将纳米二氧化钛与其他材料复合在一起，形成一种新型的建筑材料这种方法的优点是效果更好，使用寿命更长。
通过将纳米二氧化钛与其他材料(如水泥、砖石等)复合在一起，可以形成一种具有良好光催化性能的新型建筑材料。
这种建筑材料既可以保证建筑物的美观度，又可以实现净化空气的目的。
而且，由于纳米二氧化钛具有很好的耐候性和抗老化性能，这种新型建筑材料的使用寿命也将得到很大的延长。
纳米二氧化钛粉体光催化染料脱色的研究
摘要： 以钛酸四丁酯为原料， 采用溶胶 凝胶法制备了纳米二氧化钛粉体． Ⅺ 对制得的粉体进行了表 经
征 ． 以溶胶． 胶法制得 的二 氧化钛粉体 。 凝 利用紫外光 催化反 应装置 ， 考察 了溶液 初始浓 度变 化 、 化剂 催
投加量以及 ｐ Ｈ值、 光催化时间对甲基红降解率的影响． 结果表明： 随着溶液初始浓度增加， 甲基红的降解 率降低； 染料在强酸性环境中的降解好于碱性环境， 酸性环境中更容易进行光催化降解反应 ， 去除率以及
定甲基红的吸光值并计算其降解率 ． 反应中甲基红溶液 的光催 化降解速率 ， 根据反应物浓度 与反应速率的 级动力学关系式 （ ０ Ｃ ， 是表观反应速率常数 ， ０ Ｃ／ ）＝ ｋ Ｃ 是溶液初始浓度 ， Ｃ是 ｔ 时刻溶液浓度 ， 采用
Ｔ ２Ｆ２３ＺＯ、ｄ 等十几种 ， ｉ 、ｅ 、ｎ ＣＳ ０ Ｏ 其中以纳米二氧化钛 ， 因其具有很高的光催化活性 、 耐酸碱和耐光化学腐蚀 、
成本低 、 无毒等性能 ， 成为当前最具有应用潜力 的一种光催化剂… ． 当照射光的波长小于 ４０ｎ ０ ｍ时，ｒ ， ｉ 纳 ０ 米晶体的电荷分离产生电子 空穴对 ， 位于价带 的空穴具有强烈的氧化能力 ， 以把几乎全部的有机物迅速 可 氧化分解 为 ｃ ２Ｈ０等无毒物质 ， ０ 、２ 而太阳光辐射到地球 上的总能量至少有 ５ ％为紫外光 ， 因此利用纳米级
反 应速率都 大于碱性 条件下 的值 ． 中 ， ｐ】 ． ， 其 当 ｝＝３０时 甲基红 溶液 在固定 时间 内的去除 率最 大 ；ｉ２ Ｔ０ 粉
末 投加 量为 ０７ｇＬ ， 有 良好的光催化脱色性能 ， ７ 光照 ， ． ／ 时 其具 经 ｈ 甲基红 染料废水脱色效果好 ．
关键 词 ： 二氧化钛； 溶胶． 凝胶法 ； 光催化； 脱色
可见光光催化陶瓷板对室内空气中甲醛的去除研究
可见光光催化陶瓷板对室内空气中甲醛的去除研究*武士川1,2(1蒙娜丽莎集团股份有限公司广东佛山528211)(2广东省大尺寸陶瓷薄板企业重点实验室广东佛山528211)摘要笔者以纳米二氧化钛(T i O2)为光催化剂,制备纳米二氧化钛光催化涂层液,并采用喷涂的方式制备可见光光催化陶瓷板,探究其对室内空气中甲醛的去除效果㊂采用粉末X射线衍射仪(X R D)和场发射扫描电镜(S E M)对纳米二氧化钛及可见光光催化陶瓷板结构性质进行表征㊂探讨了涂层中二氧化钛含量㊁光照强度㊁光催化时间等对陶瓷板催化去除室内空气中甲醛的影响㊂实验结果表明,纳米二氧化钛均匀分布在涂层中,同时纳米二氧化钛涂层具有良好的耐洗刷性能,适当次数的洗刷有利于提高光催化性能;另外,涂层中二氧化钛含量㊁光照强度㊁光催化时间对室内空气中甲醛的光催化效率起到正向作用㊂由以上结果可知,本研究制备的可见光光催化陶瓷板涂层具有良好的耐久性并且具有优异的可见光光催化性能㊂关键词建筑陶瓷二氧化钛光催化涂层甲醛中图分类号:T Q174.76文献标识码:A 文章编号:1001-9642(2023)10-0073-06R e m o v a l o f F o r m a l d e h y d eF r o mI n d o o rA i r b y V i s i b l eL i g h t P h o t o c a t a l y t i cC e r a m i cP l a t eW uS h i c h u a n1,2(1M o n a l i s aG r o u p C o.L t d,G u a n g d o n g,F o s h a n,528211,C h i n a)(2P o s t d o c t o r a l R e s e a r c hC e n t e r,M o n a l i s a G r o u p C o.L t d,G u a n g d o n g,F o s h a n,528211,C h i n a)A b s t r a c t:I n t h i s p a p e r,n a n o t i t a n i u md i o x i d e(T i O2)w a s u s e d a s p h o t o c a t a l y s t t o p r e p a r e n a n o t i t a n i u md i o x i d e p h o t o c a t-a l y t i c c o a t i n g s o l u t i o n,a n dv i s i b l e l i g h t p h o t o c a t a l y t i cc e r a m i c p l a t e w a s p r e p a r e db y s p r a y i n g,t oe x p l o r et h er e m o v a l e f f e c t o f f o r m a l d e h y d e i n i n d o o r a i r.T h e s t r u c t u r e a n d p r o p e r t i e s o f n a n o-s i z e d t i o2a n d v i s i b l e l i g h t p h o t o c a t a l y t i c c e r a m i c p l a t e sw e r e c h a r a c t e r i z e db yp o w d e rX-r a y d i f f r a c t i o n(X R D)a n df i e l de m i s s i o ns c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y(S E M). T h e e f f e c t s o f t i t a n i u md i o x i d e c o n t e n t,l i g h t i n t e n s i t y a n d p h o t o c a t a l y t i c t i m e o n t h e r e m o v a l o f f o r m a l d e h y d e f r o mi n d o o r a i r b y c e r a m i c p l a t ew e r e i n v e s t i g a t e d.T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt h a t t h e n a n o-T i O2c o a t i n g i s e v e n l y d i s t r i b u t e d i n t h e c o a t i n g,a n d t h e n a n o-T i O2c o a t i n g h a s g o o dw a s h i n g r e s i s t a n c e,a n d t h e a p p r o p r i a t e n u m b e r o fw a s h i n g i s b e n e f i c i a l t o i m p r o v e t h e p h o t o c a t a l y t i c p e r f o r m a n c e.I na d d i t i o n,t h e c o n t e n t o f t i t a n i u m d i o x i d e i nt h e c o a t i n g,l i g h t i n t e n s i t y a n d p h o t o c a t a l y t i c t i m eh a v e a p o s i t i v e e f f e c t o n t h e p h o t o c a t a l y t i c e f f i c i e n c y o f f o r m a l d e h y d e i n i n d o o r a i r.A c c o r d i n g t o t h e a-b o v e r e s u l t s,t h ev i s i b l e l i g h t p h o t o c a t a l y t i c c e r a m i c p l a t e c o a t i n gp r e p a r e d i n t h i s s t u d y h a s g o o dd u r a b i l i t y a n de x c e l l e n t v i s i b l e l i g h t p h o t o c a t a l y t i c p e r f o r m a n c e.K e y w o r d s:A r c h i t e c t u r a l c e r a m i c s;T i t a n i u md i o x i d e;P h o t o c a t a l y t i c c o a t i n g;F o r m a l d e h y d e随着人们生活水平的提高,室内装修越来越普遍,装修用材越来越复杂,室内空气污染与治理成为人类居住环境新的热点话题㊂室内装修主要空气污染物包括甲醛㊁苯系物㊁氨气㊁T V O C㊁放射性和异味等,其中,甲醛被认为是室内空气污染物中最常见㊁危害最大的物质,主要来源于室内装修所用的人造木质板材㊁涂料㊁皮具㊁布料㊁胶水以及油漆等㊂室内人造板中甲醛的释放期一般为3~15年㊂甲醛(化学式H C HO)是一种无色㊁有强烈刺激性气味的气体,人体可感受的浓度值为0.06~1.2m g/m3,当室内甲醛浓度大于0.08 m g/m3时,易引起头晕㊁胸闷㊁呼吸不畅;中国在2020年新颁布国标G B50325民用建筑工程室内环境污染控制标准中明确规定,一类民用建筑室内甲醛的浓度必须低于0.07m g/m3㊂因此提高室内空气质量必须得到广泛的重视㊂目前,室内甲醛污染的处理方法包括植物吸收法㊁化学吸收法㊁吸附法㊁光催化氧化法㊁臭氧氧化法等[1~5],其中,光催化氧化法被认为是经济㊁高效㊁持久㊁安全㊁绿色的室内空气净化方式之一㊂室㊃37㊃(陶瓷研究)2023年10月陶瓷C e r a m i c s*作者简介:武士川(1990-),硕士研究生,工程师;主要研究方向为环保新材料㊁纳米新材料和有机无机复合材料的开发及其在新型功能陶瓷㊁室内空气净化领域的应用㊂内光催化氧化的核心是可见光催化剂㊂纳米二氧化钛(T i O2)由于具有较高的化学稳定性㊁热稳定性和产物无二次污染等众多优点,被认为是室内环境治理领域最具开发前途的环保型光催化材料㊂二氧化钛的晶型结构晶型的结构影响着光催化性能,一般分为有锐钛矿型㊁金红石型和板钛矿型,其中,锐钛矿型纳米T i O2的光催化性能最高㊂目前已经有大量研究证明锐钛矿型纳米T i O2在室内空气治理领域具有良好的效果[6~10]㊂陶瓷板材因其极佳的装饰效果以及超耐用㊁易清洁㊁易打理等优点被广泛应用在室内地面及墙面的装修中㊂陶瓷板材自身不具有光催化活性,需要引入光催化剂或者经过后处理方式实现㊂陶瓷板材通常需要经过超1200ħ的高温烧制,在这样的温度下,光催化会分解或者发生相变,再加上釉层玻璃相的侵蚀,光催化剂极易失活,因此将光催化剂直接加入釉层烧制的思路目前几乎无法实现㊂后处理方式主要是在陶瓷板材表面制备光催化涂层,杨等将光催化剂引入蜡层,采用打蜡和高压喷射的方式将光催化剂固定在蜡层内部和蜡层表面,制备得到了具有光催化功能的大理石瓷砖㊂但是该方法的使用需要前提条件,其一是陶瓷板材需要打蜡,其二是蜡层需要一定的厚度㊂而目前陶瓷板材品类众多,干粒面㊁仿古面㊁自然面等陶瓷砖表面无需打蜡,柔光面的瓷砖蜡水用量少,表面无法形成连续的蜡层㊂因此,采用喷涂方式制备光催化涂层具有广谱性和实际意义㊂本研究旨在利用纳米二氧化钛优异的光催化效果,研发适用于陶瓷板材的纳米二氧化钛涂层液,采用喷涂方式在陶瓷板材上制备光催化的涂层,探究涂层的耐久性㊁稳定性及其对室内空气中甲醛的催化去除效果㊂实验结果可为制备具有可见光催化性能的陶瓷板材应用于室内空气污染治理方面提供参考以及理论依据㊂1材料与方法1.1实验药品及试剂本实验所用的纳米二氧化钛(20n m,99%)购买于上海巷田纳米材料有限公司,改性丙烯酸乳液购买于广州瑞麟新材料有限公司,瓷砖为蒙娜丽莎集团股份有限公司产品,实验所用其他药品及试剂均为分析纯,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(K H560,97%),甲基纤维素(M C,15m P a㊃s)㊁无水乙醇(C H3C H2O H,99%)㊁甲醛溶液(H C HO,40%)及聚乙二醇(P E G-1000,99%)购置于上海阿拉丁生化科技股份有限公司,实验用水为纯水㊂1.2纳米二氧化钛涂层液及陶瓷板涂层的制备称取10.0g M C于烧杯中,加入10.0g无水乙醇,搅拌10m i n后,加入30.0g去离子水,搅拌直至M C 完全溶解,得到20%M C溶液㊂然后分别称取1.0g㊁3.0g和5.0g纳米二氧化钛粉末于250m L烧杯中,依次加入36.0g㊁34.0g和32.0g去离子水,搅拌超声分散后,每个烧杯中加入1.0g K H560㊁2.0g P E G-1000和10.0g20%的M C溶液,继续搅拌混合均匀后,加入50.0g改性的丙烯酸乳液,搅拌混合均匀后,得到涂层液,编号为L1㊁L2和L3㊂切取边长为10c mˑ40c m的长方形纯白色抛釉砖若干,先后用去离子水和无水乙醇清洗干燥后待用㊂使用蓝牌186枪式喷笔进行喷涂,喷嘴口径0.5mm,喷距15c m,喷涂方式为由下到上和由上到下往复共计2次㊂喷涂结束后,于100ħ鼓风干燥箱中干燥30 m i n,得到纳米二氧化钛陶瓷板,编号为S1㊁S2和S3㊂1.3纳米二氧化钛陶瓷板涂层的表征采用粉末X射线衍射仪(X R D,E m p y r e a n锐影,荷兰帕纳科公司),场发射扫描电镜(S E M,M e r l i n,德国蔡司公司)对制备的样品进行表征,场发射扫描电镜配有X射线能谱扫描仪(E n e r g y D i s p e r s i v eS p e c-t r o m e t e r,E D S),可以配合扫描电镜使用,在用扫描电镜进行样品表面形貌的观察时,同时用能谱仪对材料微区成分元素种类㊁含量及分布进行分析㊂X R D采用C uKα射线(λ=1.5418Å),扫描步长0.0131ʎ,扫描速度9.664s/步,扫描范围为10~80ʎ㊂1.4光催化降解甲醛实验及测试方法光催化降解甲醛实验在1.5m3的长方体亚克力材质实验舱中进行,舱顶盖可打开,每个面均用黑色牛皮纸包贴,防止漏光㊂实验舱示意图如图1所示,甲醛在线检测仪为元特S K Y8000甲醛气体分析仪,采用电化学检测法,检测范围0~20m g/m3,检测精度0.01 m g/m3,光源为L E D(佛山照明电器股份有限公司)㊂实验过程如下,实验前,清理实验舱并检查各电路是否通电,然后校准甲醛在线检测仪,确认装置正常后,然后加入适量的甲醛溶液,关闭顶盖后开启加热板5 m i n,使甲醛溶液挥发,然后开启循环风扇,10m i n后开启甲醛在线监测仪记录舱内甲醛的初始浓度并开启㊃47㊃陶瓷C e r a m i c s(陶瓷研究)2023年10月光源,开始计时,定时记录数据,24h 后停止记录,检验实验舱的密闭性和甲醛自然衰减率㊂测试陶瓷板样品时,步骤同上,首先放入待测样品,10m i n 后开启甲醛在线监测仪记录舱内甲醛的初始浓度,接着开启光源,定时记录数据即可㊂1.5 光催化降解甲醛实验及测试方法图1 光催化降解甲醛实验测试舱示意图图2 纳米二氧化钛的S E M 表征图(a )和X R D 表征图(b) 用陶瓷板涂层的耐久性测试参照G B /T9266-2009建筑涂料涂层耐洗刷性的测定,洗刷仪器为上海普申化工机械有限公司P S2730建筑涂料耐洗刷仪,行程长度300mm ,擦洗速度37c p m ,毛刷尺寸90ˑ38mm ,毛刷负载450g ,洗刷液体为0.5%的洗衣粉溶液(pH 值为9.8),试板尺寸430ˑ150mm ㊂使用L 1㊁L 2和L 3涂层液分别制作耐洗刷样品,每个涂层液制作2片待测㊂耐洗刷次数为0次㊁500次㊁2000次㊁5000次和10000次,编号为S 1-0~4;S 2-0~4和S 3-0~4㊂再测试陶瓷板材的光催化降解甲醛的性能㊂2 结果与讨论2.1 材料表征部分根据已有研究,锐钛矿纳米二氧化钛的X R D 主要特征峰在25.3ʎ(101晶面)㊁37.8ʎ(004晶面)和48.1ʎ(200晶面),同时在54.0ʎ㊁55.1ʎ㊁62.8ʎ㊁68.8ʎ㊁70.3ʎ和76.1ʎ有特征峰12㊂由X R D 表征结果可以看到,图2a 中出现了锐钛矿纳米二氧化钛的主要特征峰和特征峰,峰位准确,峰形尖锐,说明纯度较高㊂另外,图中40ʎ~45ʎ之间出现两个弱杂峰,可能是含有极少量金红石相二氧化钛㊂利用S E M 对纳米二氧化钛进行形貌分析,结果如图2b 所示,可以看到纳米二氧化钛呈不规则颗粒状,相互堆积在一起㊂图3为制备纳米二氧化钛涂层前后砖面的2000倍的微观形貌,可以看出未喷涂涂层前,砖面具有十分多的凹坑缺陷,喷涂纳米二氧化钛涂层后,砖面被带有纳米二氧化钛的膜层覆盖;另外,可以发现,纳米二氧㊃57㊃(陶瓷研究)2023年10月陶瓷 C e r a m i c s化钛粒子不仅分布在膜层表面,也分布在膜层内部,而且随着涂层液中纳米二氧化钛含量的增加,砖面二氧化钛粒子明显增多,团聚现象也越来越明显㊂图3 喷涂前后砖面的S E M 图,喷涂前(a );S 1(b );S 2(c );S 3(d)表1 元素组成表(a)元素质量百分比(%)原子百分比(%)C 9.1416.03O37.5949.46N a 1.581.45M g 2.271.97A l 6.535.10S i 25.1918.88K2.321.25C a 8.204.31Z n2.720.88B a4.440.68总量:100.00100.00 图4和表1~表3为E D S 元素分析结果,可以看出喷涂前,砖表面由C ㊁O ㊁N a ㊁M g ㊁A l ㊁S i ㊁K ㊁C a ㊁Z n ㊁B a 等多种元素组成,喷涂二氧化钛涂层后,砖表面被膜层覆盖,膜层由C ㊁O ㊁S i 和T i 等元素组成㊂另外,对于S 2样品,选择两个不同的区域进行E D S 分析,其中T i 元素的含量分别约3.75%和3.74%,表明纳米二氧化钛在膜层表面分布比较均匀㊂表2 元素组成表(b)元素质量百分比(%)原子百分比(%)C 73.9881.95O18.0615.02S i 4.201.99T i3.751.04总量100.00100.00表3 元素组成表(c)元素质量百分比(%)原子百分比(%)C 71.6479.85O20.4617.12S i 4.161.98T i3.741.05总量100.00100.002.2 光催化降解甲醛性能测试2.2.1 时间及光照强度对甲醛降解效率的影响在24h 测试周期中选取13个点记录数据,光源选用10W ㊁30W 和50W3种不同功率的L E D 灯,测试环境温度为20ħ,湿度为50%,甲醛溶液的添加量为3μL ,陶瓷板选用S 2,共4块,平铺在底面㊂结果如㊃67㊃ 陶瓷 Ce r a m i c s (陶瓷研究)2023年10月图4 E D S 元素组成分析,喷涂前(a );S 2局部(b 和c)图5所示㊂空仓检验实验舱的密闭性和甲醛的自然衰减率,测试三次,取平均值计算得到结果,24h 内甲醛浓度从1.24m g /m 3降至1.14m g/m 3,衰减率为8.06%,在后续计算甲醛降解率时,以1.14m g/m 3作为图5 光照时间及光照强度对甲醛降解效率的影响实验舱内甲醛的初始浓度㊂由图2可以看出,光源的功率越大,相同时间下对甲醛的降解率越高,10W ㊁30W 和50W L E D 光源24h 对应甲醛的降解率分别为53.5%㊁65.8%和79.8%,这是因为光照强度越大,光图6 二氧化钛含量对甲醛降解效率的影响照强度越大,价带上的电子受到的能量就越大,更多的电子受到激发开始跃迁,使得更多的电子-空穴对形成,更多的活性自由基和活性氧生成,提高了改性T i O 2的光催化降解能力㊂另一方面,可以看出在前120m i n 内,甲醛降解速率较快,随着时间的延长,甲㊃77㊃(陶瓷研究)2023年10月陶瓷 C e r a m i c s醛降解速率逐渐降低,这是因为开始一段时间内,甲醛浓度较高,甲醛分子与陶瓷板表面接触的概率较大,随着时间延长,甲醛浓度越来越低,使得剩余的甲醛分子与陶瓷板表面接触概率越来越低㊂2.2.2二氧化钛含量对甲醛降解效率的影响在24h测试周期中选取13个点记录数据,光源选用30W L E D灯,测试环境温度为20ħ,湿度为50%,甲醛溶液的添加量为3μL,陶瓷板分别选用S1㊁S2和S3,每次测试使用4块,平铺在底面㊂结果如图6所示㊂可以看出,陶瓷板面中二氧化钛含量越高,相同时间甲醛的降解率越高,因为陶瓷板在受到光激发时,单位面积产生的自由基数量增多㊂2.2.3陶瓷板耐久性测试结果洗刷达到相应的次数后,对洗刷后的陶瓷板材进行光催化降解甲醛性能测试,光源为30W的L E D 灯,测试温度20ħ,测试湿度50%,每种陶瓷板样品图7陶瓷板光催化涂层耐久性测试结果数量4块,测试周期为24h,取24h时的数值㊂结果如图7所示㊂从图7中可以看出陶瓷板S1㊁S2和S3在经过500次和200次洗刷之后,24h的光催化降解甲醛效率都有一定的提升,说明纳米二氧化钛在陶瓷板涂层中不是只分布在表面,而是均匀分布在整个涂层中㊂另外,说明涂层表面的部分纳米二氧化钛未裸露出来,经过洗刷之后,纳米二氧化钛被暴露在空气中,增加了光催化活性点㊂S1经过5000次和10000次洗刷之后,光催化降解甲醛性能明显下降,说明涂层被部分的洗刷掉,同时S2和S3经过同样次数的洗刷,光催化降解甲醛的性能并未下降,表明纳米二氧化钛的在涂层中含量的增加,可以增加涂层的耐摩擦㊁耐洗刷性能㊂①研制出适用于陶瓷板材表面处理的纳米二氧化钛涂层液,采用喷涂方式制备了光催化陶瓷板材,喷涂纳米二氧化钛涂层后,砖面被带有纳米二氧化钛的膜层覆盖,纳米二氧化钛粒子不仅分布在膜层表面,也分布在膜层内部㊂②涂层中纳米二氧化钛含量的增加能够膜层的耐磨性和耐洗刷性能,涂层与陶瓷板材具有较好的结合力,洗刷超过10000次,光催化性能稳定㊂涂层中二氧化钛含量㊁光照强度㊁光催化时间对室内空气中甲醛的光催化效率起到正向作用㊂参考文献[1]余晓兰.纳米二氧化钛喷液在室内空气净化中的应用研究[D].北京:北京化工大学,2006.[2] V i z h e m e h rA K,H a g h i g h a tF.M o d e l i n g o f g a s-p h a s e f i l t e rm o d e l f o r h i g h-a n d l o w-c h a l l e n g e g a s c o n c e n t r a-t i o n s[J].B u i l d i n g&E n v i r o n m e n t,2014,80(10):192-203.[3] Z h o n g L,L e eCS,H a g h i g h a t F.A d s o r p t i o n p e r f o r m-a n c e o f t i t a n i u md i o x i d e(T i O2)c o a t e d a i r f i l t e r s f o r v o l a t i l e o r-g a n i c c o m p o u n d s[J].J o u r n a l o fH a z a r d o u s M a t e r i a l s,2012,243(12):340-349.[4] B a h r iM,H a g h i g h a tF.P l a s m a‐B a s e dI n d o o rA i rC l e a n i n g T e c h n o l o g i e s:T h eS t a t eo ft h e A r t‐R e v i e w[J].C L E A N–S o i l,A i r,W a t e r,2014:42.[5] S m i t hK R.I n d o o r a i r p o l l u t i o n i nd e v e l o p i n g c o u n-t r i e s:R e c o mm e n d a t i o n sf o rr e s e a r c h[J].I n d o o r A i r,2010,12 (3):198-207.[6]李萌,张志焜,崔作林.镧掺杂纳米T i O2薄膜的制备及对甲醛的光催化降解[J].青岛科技大学学报(自然科学版), 2004(2):144-148.[7]鞠剑峰,施磊,李澄俊,等.纳米T i O2-WO3的制备及对甲醛的光催化降解[J].精细化工,2004(3):181-184.[8]王勇,张艳,赵亚伟,等.纳米T i O2的制备及其改性和应用研究进展[J].化学研究,2010,21(2):6-8.[9] L i uZ,G u o B,H o n g L,e ta l.P h y s i c o c h e m i c a la n d p h o t o c a t a l y t i c c h a r a c t e r i z a t i o n so fT i O2/P t n a n o c o m p o s i t e s[J]. J o u r n a l o f P h o t o c h e m i s t r y&P h o t o b i o l o g y AC h e m i s t r y,2005, 172(1):81-88.[10] W a n g C,S h a n g H,T a oY,e t a l.P r o p e r t i e s a n dm o r-p h o l o g y o fC d Sc o m p o u n d e dT i O2v i s i b l e-l i g h t p h o t o c a t a l y t i c n a n o f i l m s c o a t e d o n g l a s s s u r f a c e[J].S e p a r a t i o n a n dP u r i f i c a t i o n T e c h n o l o g y,2003,32(1):357-362.[11] T a n k s a l eA,B e l t r a m i n i JN,L u G.Ar e v i e w o fc a t a l y t i ch yd r o ge n p r o d u c t i o n p r o c e s s e sf r o m b i o m a s s[J].R e-n e w a b l e&S u s t a i n a b l e E n e rg y R e v i e w s,2010,14(1):166-182.㊃87㊃陶瓷C e r a m i c s(陶瓷研究)2023年10月。
纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究毕业论文
毕业设计（论文）纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究1 绪论二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。
二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。
二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑[1]；它又具有锌白一样的持久性。
二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。
在过去的研究中，用半导体粉末对水、油和空气中的有毒有机化合物进行光催化降解和完全矿化引起了人们的大量关注。
由于抗光腐蚀性，化学稳定性，成本低，无毒和强氧化性，二氧化钛被作为应用最广泛的光催化剂来光降解水和空气中的有毒化合物。
但是二氧化钛具有较大的带隙（锐钛矿相二氧化钛为3.20ev）因此，只有较小一段太阳光区域，大约为2%~3%紫外光区可被应用[2]。
人们尝试用各种制备方法，如贵金属掺杂、氧化物复合、表面修饰等等方法，防止和减少电子与空穴的复合，提高催化剂的光催化活性。
众所周知，吸附和催化的效率与固体的孔径及表面积有关，因此，对二氧化钛进行修饰、改性及增大比表面积是提高光量子效率和增大反应速率的一个有效的方法与途径。
1.1 TiO2的结构与基本性质1.1.1物理常数及结构特征表1 TiO的物理常数1.1.2 TiO2的结构特征在自然界中，TiO2存在三种晶型结构，即金红石、锐钛矿和板钛矿。
这些结构的区别取决于TiO68-八面体的连接方式，图1-1是TiO68-八面体的两种连接方式，锐钛矿结构是由TiO68-八面体共边组成，而金红石和板钛矿结构则是由TiO68-八面体共顶点且共边组成。
锐钛矿TiO2中的每个八面体与周围8个八面体相连，金红石TiO2中每个八面体与周围10个八面体相连。
事实上锐钛矿可以看做是一种四面体结构，而金红石和板钛矿则是晶格稍有畸变的八面体结构[3]。
简单地认为锐钛矿比金红石活性高是不严谨的，它们的活性受其晶化过程的一些因素影响。
纳米二氧化钛防雾及自清洁功能
纳米二氧化钛防雾及自清洁功能纳米二氧化钛防雾及自清洁功能二氧化钛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。
纳米二氧化钛具有很强的“超亲水性”，在它的表面不易形成水珠，而且纳米二氧化钛在可见光照射下可以对碳氢化合物作用。
利用这样一个效应可以在玻璃、陶瓷和瓷砖的表面涂上一层纳米TiO2薄层，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。
日本东京已有人在实验室研制成功自洁瓷砖，这种新产品的表面上有一薄层纳米二氧化钛，任何粘污在表面上的物质，包括油污、细菌在光的照射下，由于纳米二氧化钛的催化作用，可以使这些碳氢化合物物质进一步氧化变成气体或者很容易被擦掉的物质。
纳米TiO2光催化作用使得高层建筑的玻璃、厨房容易粘污的瓷砖、汽车后视镜及前窗玻璃的保洁都可很容易地进行。
纳米二氧化钛防雾及自清洁功能二氧化钛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。
纳米二氧化钛具有很强的“超亲水性”，在它的表面不易形成水珠，而且纳米二氧化钛在可见光照射下可以对碳氢化合物作用。
利用这样一个效应可以在玻璃、陶瓷和瓷砖的表面涂上一层纳米TiO2薄层，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。
纳米TiO2光催化性能lx
纳米二氧化钛光催化性能的研究内容摘要纳米二氧化钛（TiO2）作为一种光催化剂，是一种性能优良的N型半导体材料，在发生反应时表现出较好的光稳定性和较高的反应活性，并且无二次污染，是当前应用前景最为广阔的一种纳米功能材料。
本文首先介绍了纳米TiO2的性质及光催化机理，讨论了各种因素对纳米TiO2光催化性能的影响，如晶格缺陷、温度、pH、光照条件以及TiO2的量等。
介绍了液相沉淀法，溶胶-凝胶法，微乳液法三种常用的制备纳米二氧化钛的方法及其光催化性能。
另外，还介绍了关于纳米二氧化钛的改性方面的成就和几种常见的表征手段。
最后简要介绍了光催化技术在环境保护、卫生保健,特别是在光催化功能型材料等方面的贡献,并对其今后的研究进展和应用前景进行了总结和展望。
【关键词】纳米TiO2光催化性能Study On Photocatalytic Property Of Nano-TiO2AbstractNano-titanium dioxide (TiO2) as a kind of photocatalysts, is a kind of n-type of semiconductor materials, with good light stability and high reactivity and has no secondary pollution, is the current potential applications of the most extensive functional nanomaterials.This article describes the nature and nano-TiO2 photocatalytic mechanism to discuss the various factors on TiO2 photocatalytic effects, such as the performance of lattice defects, temperature, pH, illumination conditions and the dosage of TiO2, etc.Describes performance liquid precipitation, sol-gel, MicroEmulsion preparation of three kinds of titanium dioxide nanoparticles method, and photocatalytic properties.Also, presents of titanium dioxide nanoparticles modifing the achievement and characterization of a few familiar.Finally the photocatalytic technology in environmental protection, health care, especially in the photocatalytic functional materials in the areas of contribution, and on its future progress and application of the summarized and prospects.【Key Words】Nano-TiO2photocatalysis property目录前言 (1)一、纳米二氧化钛的性质 (1)（一）表面界面效应 (1)（二）小尺寸效应 (1)（三）量子尺寸效应 (1)（四）宏观量子隧道效应 (2)二、二氧化钛光催化原理 (2)（一）二氧化钛粒子的能带结构 (2)（二）光催化作用机理 (2)（三）影响T i O2光催化活性的因素 (3)三、二氧化钛光催化剂的制备方法 (7)（一）液相沉淀法 (7)（二）溶胶-凝胶法 (8)（三）微乳液法 (9)四、二氧化钛的改性 (9)（一）贵金属沉积 (9)（二）复合半导体 (10)（三）表面光敏化 (10)五、二氧化钛光催化的表征方法 (11)（一）热重法 (11)（二）X射线衍射法 (12)（三）比表面积测定 (13)（四）紫外-可见吸收/漫反射光谱 (13)（五）红外光谱 (14)六、二氧化钛光催化技术的应用 (14)（一）污水处理 (14)（二）表面自洁 (14)（三）杀菌 (15)七、现存问题及前景展望 (15)致谢 (15)参考文献 (16)纳米二氧化钛光催化性能的研究前言光催化氧化技术是一门基于TiO2半导体的科学，现已被列入最有前景的环保高新技术当中。
纳米二氧化钛涂料
提高原料利用率
通过改进原料的预处理方 法和优化制备工艺，提高 原料的利用率，降低成本 。
增强产品稳定性
研究新的稳定剂或表面改 性剂，提高纳米二氧化钛 涂料的稳定性和耐候性。
实现规模化生产
探索适合工业化生产的纳 米二氧化钛涂料制备技术 ，推动产品的规模化应用 。
03
纳米二氧化钛涂料 性能评价
光学性能评价
纳米二氧化钛涂料
汇报人：XX
目录
CONTENTS
• 纳米二氧化钛涂料概述 • 纳米二氧化钛涂料制备技术 • 纳米二氧化钛涂料性能评价 • 纳米二氧化钛涂料应用研究 • 纳米二氧化钛涂料市场前景分析 • 纳米二氧化钛涂料环境安全性评
估
01
纳米二氧化钛涂料 概述
定义与发展历程
定义
纳米二氧化钛涂料是一种采用纳米技 术制备的，以二氧化钛为主要成分的 高性能涂料。
市场规模
随着环保意识的提高和技术的不断进 步，纳米二氧化钛涂料市场规模不断 扩大。预计未来几年，该市场将保持 快速增长，市场规模有望达到数十亿 美元。
增长趋势
随着全球经济的复苏和基础设施建设 的加快，纳米二氧化钛涂料市场将呈 现稳步增长趋势。同时，随着新技术 的不断涌现和应用领域的拓展，市场 增长率有望进一步提高。
触可能对人体健康产生不良影响，如引起肺部疾病或皮肤炎症等。
02
环境影响
纳米二氧化钛涂料在使用过程中，如发生泄漏或不当处理，可能对土壤
、水体和空气等环境造成污染。
03
安全防护措施
为确保使用安全，应佩戴防护用品，如口罩、手套和护目镜等，同时保
持通风良好，避免长时间接触。
废弃物处理及资源化利用途径
废弃物分类
玻璃幕墙涂料
纳米二氧化钛光催化涂层
温下 反应 、 直接在 光 的作 用下 、 有机 污染物矿 化 ， 可 使
该技术无二次污染 ，已成为一种理想 的环境污染治 理技术 。日本和西方发达 国家在这一领域投入了大 量的资金和研究力量 ， 使光催化得到迅速 的发展 ， 半
导体 光 催 化 已成 为近 年来 在 国 内外最 活 跃 的研究 领 域 之一 ， 光催 化 氧 化技 术解 决 日益 严重 的空气 、 用 水 和 土壤 等 环境 污染 问 题 的基础 与 应用 研 究发 展非 常
迅速。
图 １ 材 料 的 ＸＲＤ 图 谱
由 Ｓ ｈ ｒ ｒ 式 Ｌ ｈ）Ｋｌ （ｐ Ｏ 可 以 ｃ ｅｒ 公 ｅ （Ｉ ／ ＣＳ ｋ＝ ０）
计 算 出纳 米 Ｔ０ 样 品晶粒 大小 ， ８８ ９３ｍ。 ｊ 为 ． ． － ｎ
２ 样 品粒 度 和晶 貌分 析
图 ２３ 、 分别是合成光催化溶胶样 品的透射 电镜
车里使用时， 由于汽车玻璃贴有太阳膜 ， 光线会减弱 很 多 。为 此测试 了在光 线 并不 充分 的情 况 下 的光催
化性 能 。在 甲醛测 试腔 中贴 上 汽车 太 阳膜 以测 试 在
取半导体颗粒表面被吸附物质或溶剂 中的电子。因 此， 使原本不吸收光的物质被活化氧化 ， 光生 电子是 强还原剂 ， 降解过程产生羟基 自由基 （ Ｏ 是光催 ・ Ｈ） 化反应的一种主要活性物质 ，它对光催化氧化起决 定作用 ，吸附于催化剂表面的氧及水合悬浮液中的 Ｏ 一 ， Ｈ ， Ｏ等 均可产生该物质 ， Ｈ 氧化作用可 以通过表 面键合羟基的间接氧化 ， 即粒子表面捕获空穴氧化 ，
和 扫 描 电镜 照 片 。 由 照 片 也 可 以看 出 所 合 成 纳 米 ＴＯ 样 品的颗粒尺寸为 １ｎ ｉ ０ ｍ左右 ，和 Ｘ Ｄ的计算 Ｒ 结 果接 近 。
二氧化钛涂覆多壁碳纳米管的制备及可见光催化活性
ＣＯ ＮＧ Ｙｅ ＱＩ ｎ Ｎ Ｙｕ Ｌ ａ － ｅ Ｉ Ｘｕ ｎ Ｋ ‘ ＤＯ ＮＧ ｉ ｕ Ｚｈ－ ｎ Ｊ ＹＵＡＮ Ｇｕ ｎ Ｍ ｉｇ ａ— ｎ ＣＵＩ ｅ ｇ Ｗ ｅ Ｚｈ ｎ －
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混凝土中添加纳米二氧化钛的应用研究及其对光催化性能的影响
混凝土中添加纳米二氧化钛的应用研究及其对光催化性能的影响一、引言纳米材料因其特有的物理、化学性质，被广泛应用于多种领域中。
其中，纳米二氧化钛由于其良好的光催化性能，被广泛应用于环境污染治理、自清洁材料制备等领域。
而混凝土作为建筑领域中常用的材料，其耐久性、强度等性能的提升一直是人们关注的热点问题。
因此，将纳米二氧化钛添加到混凝土中，以期提高混凝土的光催化性能，具有重要的研究和应用价值。
二、纳米二氧化钛的光催化性能纳米二氧化钛具有很强的光催化性能。
其主要表现在以下几个方面：1. 光催化降解有机污染物纳米二氧化钛能够吸收紫外光，产生电子和空穴对，从而引发一系列的光化学反应。
实验表明，纳米二氧化钛能够催化降解大量的有机污染物，如苯酚、甲基橙等。
2. 光催化杀菌纳米二氧化钛能够通过产生活性氧物质，抑制或杀死微生物，如细菌、病毒等。
这种光催化杀菌的效果不仅高效，而且安全、环保。
3. 光催化自清洁纳米二氧化钛在阳光的作用下能够分解吸附在其表面的污染物，从而实现自我清洁。
这种自清洁效应被广泛应用于建筑材料、汽车涂层等领域。
三、混凝土中添加纳米二氧化钛的研究现状随着对纳米材料性质的深入研究，人们开始将纳米材料应用于混凝土中，以期提高混凝土的性能。
目前，混凝土中添加纳米二氧化钛的研究已经取得了一定的成果。
1. 纳米二氧化钛的添加量添加纳米二氧化钛的量是影响混凝土光催化性能的关键因素之一。
研究表明，当纳米二氧化钛的添加量为1%时，混凝土的光催化性能最佳。
2. 纳米二氧化钛的形态纳米二氧化钛的形态也会影响混凝土的光催化性能。
研究表明，球形纳米二氧化钛的光催化性能优于棒状纳米二氧化钛。
3. 光照条件光照条件对混凝土中纳米二氧化钛的光催化性能也有很大的影响。
研究表明，越强的光照条件能够激发更多的电子和空穴对，从而提高混凝土的光催化性能。
四、混凝土中添加纳米二氧化钛的制备方法混凝土中添加纳米二氧化钛的制备方法有多种，其中比较常用的方法包括溶胶凝胶法、水热法、微乳法等。
纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究
纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究一、纳米二氧化钛的可控制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的纳米二氧化钛制备方法。
其原理是将金属有机化合物或金属无机盐溶解在适当的溶剂中，形成溶胶。
随后，通过加入适量的催化剂或掺杂剂，将溶胶凝胶化成胶体颗粒，最终形成纳米二氧化钛材料。
该方法制备的纳米二氧化钛颗粒尺寸均匀，形貌好，适用于大面积薄膜的制备。
2. 水热法3. 气相沉积法气相沉积法是利用金属有机化合物或金属无机盐在高温条件下分解成金属原子或金属离子，再在衬底表面沉积成膜的一种方法。
通过控制气相反应的物理条件，如温度、压强、流速等参数，可以实现对纳米二氧化钛薄膜的可控制备。
该方法制备的纳米二氧化钛薄膜薄，适用于光电器件的制备。
以上介绍了几种常用的纳米二氧化钛制备方法，各有优劣。
在实际应用中，可根据具体要求选择合适的制备方法，以实现对纳米二氧化钛材料的可控制备。
二、纳米二氧化钛的光催化性能研究纳米二氧化钛具有优良的光催化性能，主要是由于其带隙能宽（3.2eV）和能带结构的特殊性质所致。
在紫外光照射下，纳米二氧化钛表面产生电子-空穴对，在存在氧分子的情况下，电子和空穴可分别参与氧分子的还原和氧分子的氧化反应，从而实现对有机废水中有机物的降解，达到净化水质的目的。
由于纳米二氧化钛具有良好的稳定性和可再生性，因此在环境治理方面具有巨大潜力。
针对纳米二氧化钛的光催化性能研究，研究者们主要通过调控纳米二氧化钛的晶型、晶粒大小、表面形貌等因素，以提高其光催化活性。
通过掺杂其他金属离子或非金属元素，可以调控纳米二氧化钛的带隙能宽，提高其可见光吸收率，从而提高光催化活性；通过合成纳米二氧化钛的不同形貌，如纳米棒、纳米粒等，可以增加其光催化活性表面积，改善光催化反应速率。
以上研究为纳米二氧化钛的光催化性能提供了理论和实验基础，为纳米二氧化钛的实际环境治理应用奠定了基础。
除了光催化性能外，纳米二氧化钛还具有良好的光电性能，因此在光电器件领域也备受关注。
二氧化钛光催化技术介绍
纳米二氧化缺光催化技荷介^纳米光催化探用二氧化金太(TiO2)半^髓的效鹿启攵勤材料表面吸附氧和水分，走生活性氢氧自由基(OH.)和超氧陪雕子自由基(02-), ^而^化舄一希重具有安全化孥能的活性物筲起到碳化降解璞境污染物和抑菌杀殳菌的作用。
纳米二氧化金太(TiO2)光催化利用自然光即可催化分解^菌和污染物，具有高催化活性、良好的化孥穗定性、照二次污染、照刺激性、安全照毒等特黑占，且能畏期有益於生熊自然璞境，是最具有^畿前景的^色璞保催化蒯之一。
然毒害的纳米TiO2催化材料，充分畿撞抗菌、降解有^污染物、除臭、自浮化的功能，是^璞保型功能材料^施方便、雁用性弓鱼，能^ 用到生活空^的多重埸合，畿撞其多功能效废，成舄我仍生活璞境中起畏期浮化作用的璞保材料。
光催化原理-什麽是光催化光催化［Photocatalyst ］是光［Photo二Light］ +催化蒯［catalyst］的合成羞司。
主要成分是二氧化金太（Ti02）,二氧化金太本身照毒照害，已腐泛用於食品，髻桑，化片攵品等各希重令臭域。
光催化在光的照射下畲走生^似光合作用的光催化反雁（氧化-遢原反雁，走生出氧化能力桎弓鱼的自由氢氧基和活性氧，是些走物可^M^菌和分解有檄污染物。
亚且把有檄污染物分解成照污染的水（H20）和二氧化碳（C02）,同畤它具有杀殳菌、除臭、防汗、^水、防紫外^泉等功能。
光催化在微弱的光%泉下也能做反底若在紫外#泉的照射下光催化的活性畲加逾近来，光催化被餐舄未来走棠之一的纳米技彳桁走品。
-光催化反雁原理TiO2富吸收光能量之彳爰，僵带中的雷子就畲被激畿到^带，形成带^雷的高活性雷子e-,同畤在僵带上走生带正雷的空穴h+。
在雷埸的作用下，雷子典空穴畿生分雕，暹移到粒子表面的不同位置。
熟力孥理言禽表明，分怖在表面的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髓中存在的氧化蒯中最弓鱼的，能氧化亚分解各重有^污染物（甲醛、苯、TVOC等）和^菌及部分照檄污染物（氨、NOX 等），亚将最^降解舄CO2、H2O 等照害物鼻由於OH自由基封反废物^乎MB®性，因而在光催化中起著〉夬定性的作用。
纳米氧化钛涂料中的应用
纳米氧化钛涂料中的应用纳米二氧化钛，亦称纳米钛白粉。
从尺寸大小米说，通常产生物理化学性质灵著变化的细小微粒的尺寸在100纳米以下，其外观为白色疏松粉末。
纳米氧化钛分为金红石型和锐钛型纳米氧化钛，纳米氧化钛具有抗紫外线、抗菌、白洁净、抗老化功效，可用于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷等领域。
其中纳米氧化钛再涂料中应用广泛。
1.纳米二氧化钛在光催化、自清洁水基涂料的应用美国普里茨马莱特工业公司在水基涂料中加入光化学活性金属氧化物的含水组合物如纳米二氧化钛组合物，其在环境条件下涂覆或名喷涂和干燥，形成新颖的光化学活性的、无色的涂层，该涂层对透明基材例如窗玻瑞具有强的润湿性和粘合性。
起到了光催化活性、白清洁的作用。
2. 纳米二氧化钛在外墙装饰用弹性涂料中的应用天津中油渤星工程科技股份有限公司在外墙装饰用弹性涂料中加入纳米氧化钛，使涂料具有常温白交联固化的特点，其涂膜具有优异的弹性、耐候性、耐水性、耐沾污性，可用于混凝土外墙表而的涂装。
3.纳米二氧化钛在白色导电性底层涂料中的应用日本关西涂料株式会社; 日本石原产业株式会社在白色导电性底层涂料中加入10~250重量份白色导电性纳米二氧化钛末，使用该涂料形成多层涂膜。
4.纳米二氧化钛在建筑涂料中应用“抗老化建筑涂料制备方法”记载了抗老化建筑涂料的制备方法，涂料配方中，添加0. 5-1%的纳米二氧化钛，1%的纳米二氧化硅，做出的涂料优点与:抗老化指标提高，耐洗刷性能、耐水性、抗沾污性;减少涂料配方中的环境污染。
5.纳米二氧化钛在内墙装饰涂料中的应用“尘、降尘内墙装饰涂料及其配置方法”中记载，在涂料中添加2-15%的纳米三级氧化钛,制备得到的涂料，吸尘、降尘能力是普通涂料的8倍以上，接触角小于45度，耐洗刷性大于4500次，达到内墙涂料优等品要求，应用于建筑物表面，除了具有内饰面装饰材料的功能，还具有吸尘、降尘、易清洁等功能。
利用热喷涂技术制备二氧化钛光催化涂层研究现状与展望
利用热喷涂技术制备二氧化钛光催化涂层研究现状与展望付耀耀;李华【摘要】纳米二氧化钛(TiO2)因稳定、廉价、无毒等优势,成为研究与应用最广泛的光催化剂.为了解决颗粒状催化剂难以回收、易于造成二次污染等缺点,制备TiO2涂层是较为理想的选择.热喷涂技术具有成本低、效率高、容易实现大面积制备等优势,在TiO2涂层制备研究中得到广泛关注.基于此,本文综述了等离子喷涂、火焰喷涂、超音速火焰喷涂、冷喷涂技术在制备纳米TiO2涂层方面的研究现状,并分析了影响TiO2涂层光催化性能的关键制备因素,讨论了多种热喷涂技术在涂层微观结构控制与性能调控方面的研究现状,并对未来发展做了展望.【期刊名称】《热喷涂技术》【年(卷),期】2019(011)001【总页数】8页(P1-8)【关键词】TiO2;热喷涂涂层;光催化;微观结构;性能调控【作者】付耀耀;李华【作者单位】中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室,宁波,315201;中国科学院大学材料与光电研究中心,北京,100049;中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室,宁波,315201【正文语种】中文【中图分类】TG174.40 引言有机染料广泛应用于印染、塑料和食品等行业中，其产生的染料废液如果未能得到有效处理，将对生态环境造成潜在的危害。
为了去除相关污染，目前采取的方法主要有膜分离、微生物、吸附法以及光催化等方法。
由于光催化技术具有廉价高效、操作简便和二次污染小等优点，是最有潜力的染料污染物降解技术。
其中，二氧化钛（TiO2）在众多半导体光催化剂中，由于其具有稳定、廉价和无毒等优点，成为研究与应用最为广泛的光催化剂[1, 2]。
颗粒状态的TiO2，尤其是纳米尺寸的TiO2,由于巨大的比表面积以及纳米材料的尺寸效应，具有更优的催化活性，但是颗粒状态的催化剂在液相反应后难以回收，不仅会造成经济损失，也会因为泄露而造成二次污染。
二氧化钛
一：1：纳米二氧化钛是目前应用最为广泛的一种纳米材料。
它是一种半导体材料,除了具有纳米材料共同的特点外,还具有光催化性能。
近十多年来,随着环境污染日益严重,利用半导体粉末作为光催化剂催化降解有机物的研究已成为热点。
在作为光催化剂的主要原料N 型半导体TiO2、ZnO2、CdS、WO3中,相比较而言, TiO2活性高、化学稳定性好、对人体无害,是理想的环保型光催化剂。
实验表明, TiO2至少可以经历12次的反复使用而保持光分解效率基本不变,连续580分钟光照下保持其活性,因而将其投入实际应用有着广阔的发展前景。
2：纳米二氧化钛的光催化降解机理：当二氧化钛受到波长小于387. 5nm的紫外光的照射时,价带上的电子跃迁到导带,激发电离出电子同时产生正电性的空穴,形成电子-空穴对,与吸附溶解在其表面的氧气和水反应。
分布在表面的空穴将OH -和H2O氧化成HO自由基。
HO 自由基的氧化能力是在水体中存在的氧化剂中最强的,能氧化大部分的有机污染物和无机污染物,而且对反应物几乎无选择性,在光催化氧化中起着决定性的作用。
二氧化钛的表面电子可被溶解在表面的氧俘获形成O2-。
另外表面电子具有高的还原性,可以去除水体中的金属离子。
生成的原子氧和氢氧自由基使有机物被氧化、分解,最终分解为CO2、H2O和无机物。
3：目前的研究现状：尝试对不同微生物的杀灭作用：为了考察TiO2对微生物的作用,根据不同的研究和应用背景,人们选择了细菌、病毒、藻类、癌细胞等。
目前已有报道的考察TiO2光催化作用的细菌类有: 乳杆嗜酸细胞(Lactobacil lus acidophi lus),酵母菌( Saccharomyces cerevisiae), 大肠杆菌( Es-cherichia coli), 链球菌( S treptococcus mutans , S .ratus , S .cricetus , S .sobrinus AHT)。
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•在 TiO2 薄 膜 中 添 加 SiO2 ， 亲 水 性及亲水持续效应显著提高， SiO2最佳引入量约为20% •加 入 SiO2 后 复 合 薄 膜 表 面 酸 性 提高形成Lewis酸，羟基含量增 多且稳定，可提高TiO2薄膜的超 亲水特性 •添加稀土Ce2O3及La2O3后，薄 膜表面的羟基含量及氧空穴增多， 薄膜的超亲水特性进一步提高。
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（4） TiO2/SiO2 复合薄膜 表面光催 化活性和 亲水性关
系
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•光催化和亲水性具有相互促进 的作用 •表面自清洁效应是光催化和亲 水性协同作用的结果 • 添 加 不 同 数 量 的 SiO2 ， 可 使 TiO2/SiO2 复 合 薄 膜 具 有 高 的 光 催化活性和低的亲水性，或者获 得相反效果，因而这种薄膜可适 应于不同使用目的及环境
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深大与浙大共同就自清洁玻璃的生产在实验 室范围进行了模拟性的制造，结果表明采用共同 合作的涂膜技术，完全可以将由深圳大学研究出 来的二氧化钛涂液在实际的玻璃生产线上进行规 模生产，具有成品率高，速度快，成本低，性能 好的特点，可进行离在线制造，投资与成本将大
幅度下降。
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（5） TiO2-SiO2 多层膜亲
水性
•在 TiO2 薄 膜 表 面 完 全 覆 盖 一 层 SiO2后，薄膜的亲水性及持续效 应显著提高
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部分结果：
室外自然光照后涂层喷水后的效果： 右-涂层，左 -无涂层。
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六个月后的使用效果
10
接触角度（°）
40 30 20 10
0 0
10 20 30 40 50 60 70 80
光照时间（min）
紫外灯光照接触角度的变化
当安装完成后, 玻璃表面的膜层需要4至7天时间来激活。
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故TiO2涂层的亲水性是由紫外光照引起的， 且其亲水性能随涂层处理温度的升高而增 强。
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2、 SiO2掺杂 10
醋
酸
浓
度
5
×1
0-
4(m
ol/
L) 0
0
(a) (b) (c ) (d)
30
0%
10%
5%
20%
60
90
120
t/min
Effect of SiO2 content on the photocatlaytic decomposing acetic acid of TiO2/SiO2 film
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以钢化涂层玻璃为例，其角度变化过程是：
No irradiation
UV 20min
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UV 40min
UV 60min
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结论：
在紫外光照下，普通玻璃的亲水角变化不 大，TiO2涂层玻璃的亲水角迅速减小至0；
室温、100℃、200℃、300℃、400℃、 500℃和钢化处理的TiO2涂层的亲水角的减 小速度是加快的。
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（1）TiO2溶胶的制备、薄膜的完整性、 与基体的结合强度及光催化性能关系
通过控制烧结工艺可有效控制薄膜的开 裂，保证薄膜与基体的结合强度。薄膜 的光催化活性与烧结温度有关， 450~550℃ 烧 结 时 光 催 化 活 性 最 高 。 薄 膜的最佳结合强度与最高光催化活性的 烧结温度不同，可以通过对TiO2改性使 其二者的最佳烧结温度趋于相近。
通工具的门窗玻璃及反光镜 4
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建筑、交通运输工具、广告牌、
路牌等表面上，雨水会自动将
其清洗干净。室内装饰及室内
用具，表面达到高度的亲水性
而便于清洗，上面吸附的尘埃
很容易擦净，非常有利于保持
表面的洁净。汽车车身表面涂
有这种涂料可减少洗车用水
90%。
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半导体被光辐射时将有一个电子从价 带激发到导带的同时，在价带中产生 一个空穴，这样产生的电子具有还原 能力而空穴则具有氧化能力。活泼的 电子、空穴可以分别从半导体TiO2的 导带(Ｂ)、价带(ＶＢ)迁移至TiO2和 吸附物两相之间的界面上，而且跃过 界面，使吸附物氧化或还原；同时也 存在电子、空穴的复合
In dark place for 30
16
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7
24 hours
6
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2、特征
TiO2 ,
SiO2 20% SiO2 40%,
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SiO2
substrate
TiO2 SiO2
Sandwich structure of TiO2SiO2 multilayer films
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镜子表面一旦形成雾膜，反射像变得 模糊不清。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。因此高度亲水化表面可 起到防止水分子在表面凝聚成小液滴 防雾效果。用于浴室的镜子、农用暖 房薄膜、仪器仪表的显示屏、汽车交
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1、亲水性
d
亲水角
θ
Schematic chart of contact-angle of droplet
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1、亲水性
SiO2 content%
0
10 20 30 40 50
Contact angle/(o) 1h irradiation
10
10
7
5
3
9
Contact angle/(o)
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（2）稀 土离子 及SiO2 掺杂的 TiO2薄 膜光催 化活性
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少量氧化镧和氧化铈及 SiO2掺杂可有效提高的二 氧化钛薄膜的光催化活性， 其中稀土元素最佳掺杂量 的原子比（稀土原子与钛 原子）均为4%，SiO2最
佳掺杂量为10mol%。
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（3） TiO2/SiO2 复合薄膜 的亲水性
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Contact Angle
70
60
e
d
50
c
b
40
a
30
20
10
0
0
50
100
150
200
250
Sunlight Irradiation Time(min)
太阳光照水接触角的变化 (涂层处理温度℃: a-100, b-200, c-300, d-400, e-500)
高速公路的玻璃墙的长期使用效果，左-涂层， 右-无涂层。
6
e
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亲水性的无机二氧化钛溶胶，钛含量在210%，溶胶粒子的粒径分布范围5-50nm，并可加 水任意稀释，中性，PH值为7-8，透明，存放稳 定，可采用喷涂、雾化等方法涂膜，低温 （300-500度）温度处理即能得到具有优良性能 氧化钛涂层，具备光催化特性，经过光照后，
具有优异的超亲水性的特点。