纳米二氧化钛抗菌性的研究及应用实例

纳米二氧化钛抗菌性的研究和应用实例

陈梦露

（西南科技大学材料学院材物0901，绵阳，621010；）摘要：综述了纳米二氧化钛在各种不同条件下的高效的抗菌、杀菌作用，并阐述了在各种条件下的抗菌性的应用实例，并对应用此性能的新型材料的应用前景做出了展望。纳米二氧化钛作为新型抗菌材料，具有无毒、无味、无刺激性、热稳定性、耐热性好、长效、抗菌面广和高效杀菌等的优点，对于防止疾病传播、净化环境卫生、保护人体健康具有十分重要的意义，发展前景广阔。

关键词：二氧化钛；抗菌；纳米材料；光催化

The antibacterial property of nano-TiO2 research and application examples

Menglu chen

(materials physics,materials science and engineering,southwest university of science and technology,mianyang,621010)

Abstract: In this article, the author summarizes the different efficient antiseptic effects the nano-TiO2 has in different conditions, and elaborates the application as an antimicrobial. Nano-TiO2 photocatalysis made in bacterial breakdown and achieve the antibacterial effect. Nano TiO2 electronic structure characteristics of TiO2 for a full valence band and an empty the conduction band, in the

water and the air system, in the sunshine especially under the irradiation of in ultraviolet ray, when electronic energy reaches or exceeds the bandgap can, electronic from valence band arouse to the conduction band, while in valence band produce corresponding hole, in the field of electronic and under the influence of cavitation occurred separation, move to different position, particle surface in a series of chain reaction, eventually causes bacteria decomposition. Keywords:TiO2;antibacteri al;nanomaterials;photocatalytic 纳米二氧化钛是金红石型白色疏松粉末，亦称钛白粉，从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显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。二氧化钛有板铁矿、锐铁矿和金红石三种晶体结构，其组成结构的基本单位均是TiO6八面

体，区别在于TiO6八面体通过共用顶点还是共边组成骨架，见图2-l。锐钛矿结构是由TiO6八面体共边组成，而金红石和板钛矿结构则是由八面体共顶点且共边组成。金红石、锐钛矿和铁钛矿的基本结构单元列于图2-2【1】【2】【3】。

金红石型二氧化钛比锐钛型二氧化钛稳定而致密，有较高的硬度、密度、介电常数及折射率，其遮盖力和着色力也较高。而锐钛型二氧化钛在可见光短波部分的反射率比金红石型二氧化钛高，带蓝色色调，并且对紫外线的吸收能力比金红石型低，光催化活性比金红石型高。在一定条件下，锐钛型二氧化钛可转化为金红石型二氧化钛。纳米二氧化钛具有屏蔽紫外线作用强，有良好的分散性和耐候性。可用于化妆品、功能纤维、塑料、涂料、油漆等领域，作为紫外线屏蔽剂，防止紫外线的侵害。

也可用于高档汽车面漆，具有随角异色效应【2】。

金红石型表面上存在三种典型的原子空位，分别为晶格氧、单桥氧和双桥氧空位。光电子能谱(UPS)和IPS 研究结果表明：在～6eV 所对应的全充满的价带是由O 2P 轨道组成，而空的导带由Ti 的3d ，4s 和4p 轨道组成，Ti 3d 决定导带的较低位置。低于费米能级～0.8eV 弱的发射峰与O 原子缺位所诱导的Ti 3d 派生能级有关。锐钛

矿二氧化钛与金红石相似，～0.8eV 的发射峰被确定为Ti 3+

表面缺

陷。Konstantin等人的研究则发现，在锐钛矿TiO2表面发现有羟基、五配位和四配位Ti4+，T3+存在。Stelhow等人的理论计算结果表明，锐钛矿型Ti02的价带主要为O2p和Ti3d轨道组成，O2p轨道贡献较大，TiO2禁带宽度大约为10eV，但实测值大约为3.0～3.5eV【1】。。

1、对纳米二氧化钛抗菌性的研究

过去对纳米TiO2的研究和应用都利用粉末TiO2的光催化特性来降解有机污染物。但粉末光催化剂在应用中存在反应过程中必须搅拌、反应后难回收等技术难题而限制了其工业用途。为了克服这些粉末催化剂应用中所遇到的困难，使其广泛的应用于各个领域，人们开始致力于光催化薄膜的研究和应用。近年来，TiO2光催化薄膜得到广泛的研究，TiO2光催化薄膜已在多种基材如陶瓷、玻璃、不锈钢、纤维、纸、木材、无织布、塑料、树脂板等表面得到应用，有效利用生活空间里的微弱紫外光源和TiO2透明薄膜共同组成的光催化体系已成为一个倍受关注的领域。例如:在卫生陶瓷表面镀一层或多层TiO2，薄膜使其具有杀菌、消毒、易于清洗等特殊功能;使用含有纳米TiO2光催化剂的抗菌涂料刷涂一些特殊场(如医院、公共场所)的墙壁，不仅可杀灭细菌，还可分解室内的有害气体。当前一些科研工作者致力于低温纳米TiO2薄膜的制备，目前作者正从事这方面的研究。以前所采用的高温锻烧过程会导致晶粒长大，并且表面脱羟基过程会引起表面积和经基化程度的显著降低，而这些都会导致TiO2光催化活性的降低。低温制备避免高温锻烧过程，可提高TiO2的光催化活性;低温镀膜还可用于不耐高温的基体表面镀膜，扩大其应用;另外，这样也有利于简化工艺、降低成本。低温制备时荡起当前制备纳米TiO2薄膜发展方向【4】。

2、二氧化钛的抗菌机理

纳米二氧化钛具有杀菌功能，紫外线作用下，以0.1mg/cm3浓度的超细TiO2可彻底地杀死恶性海拉细胞，而且随着超氧化物歧化酶（SOD）添加量的增多，TiO2光催化杀死癌细胞的效率也提高；用TiO2光催化氧化深度处理自来水，可大大减少水中的细菌数，饮用后无致突变作用，达到安全饮用水的标准。在涂料中添加纳米TiO2可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料，可应用于医院病房、手术室及家庭卫生间等细菌密集、易繁殖的场所，可