纳米二氧化钛的应用与发展讲义.pptx

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1、纳米二氧化钛的应用与发展11级粉体（2）班赵亚君资宇宸钮大祥丁超宋伟伟吴慧芬翟超钱威荣王新一、引言二、纳米TiO2概述三、纳米TiO2生产现状四、纳米TiO2的发展五、纳米TiO2的应用一、引言 纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应使得它们在电、磁、光、敏感性等方面表现出常规粒子不具备的特性。二、纳米TiO2概述纳米二氧化钛，亦称纳米钛白粉。外观为白色疏松粉末。具有抗紫外线、抗菌、自洁净、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。纳米二氧化钛对可见光和

2、波长在200-400nm间的紫外光是透明的，可用作透明效应颜料和紫外光吸收剂，对紫外光有着很好的屏蔽能力，可用于制造化妆品和包装材料，制作多种消毒、防臭和水果保鲜用品，又因其分散性好不沉降可用于高档油墨。从尺寸大小来说，纳米级二氧化钛的粒径在1100nm之间，比表面积远大于普通二氧化钛，因此具有很大的表面活性，并以其颗粒尺寸的优势而具有许多超过普通钛白粉的优点，光催化降解有机物活性和气敏湿敏性也显著增强。气敏性是气体敏感性能的简称，一般指材料某一性能（如电阻等）在通入某气体（如乙醇，甲烷，氢气等）发生变化，而气敏性就是用来表示这种变化的程度，变化程度越大说明气敏性越好。气敏性的综合性能还包括：

3、响应及恢复时间，最佳响应温度，灵敏度，稳定时间长短等。纳米二氧化钛主要有两种结晶形态：锐钛型和金红石型。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。三、纳米TiO2的生产现状3.1国外纳米TiO2的生产现状 20世纪80年代以前，纳米TiO2的研究开发目的主要是作为精细陶瓷原料、催化剂、传感器等，需求量不大，没有形成大的生产规模。80年代以后，开发的纳米TiO2用作透明效应和紫外线屏蔽剂，为纳米TiO

4、2打开了市场，使纳米TiO2的生产和需求大大增加，成为钛白工业和涂料工业的一个新的增长点。由于纳米TiO2在催化及环境保护等方面具有广阔的应用前景，并可用于日用产品、涂料、电子、电力等工业部门，因此，纳米TiO2展现出巨大的市场前景。日本、美国、英国、德国和意大利等国对纳米TiO2进行了深入的研究，并已实现纳米TiO2的工业化生产。目前全世界已经有十几家公司生产纳米TiO2，总生产能力估计在(600010000)t/a，单线生产能力一般为(400500)t/a。根据莎哈里本公司统计，2003年全球纳米TiO2销售量仅为1800t左右，其消费量与产品应用见表1。近几年，有关纳米TiO2的新建装置

5、已很少报道，主要是已建成装置的生产能力已远远超出市场的实际消费量，多数厂家处于开工不足或停产的状态。主要原因是目前国际上公认的纳米TiO2制备和应用技术还有待于提高，技术要点和难点主要表现在以下几个方面：国际上纳米TiO2的价格为(3040)万元/t，其成本大致是销售价格的2/5，原料和工艺路线的选择是降低生产成本的关键因素；纳米TiO2的晶型和粒度控制技术；金红石型纳米TiO2的表面处理技术；纳米TiO2应用分散技术；纳米TiO2应用功能的提升技术；纳米TiO2产业化成套技术。美国迪林纳米材料开发有限公司，是一家致力于纳米材料及功能性材料研究、开发、生产、销售为一体的民营高科技企业。公司位于

6、甘肃省陇南工业小区，与陕西汉中市、四川广元市、旅游风景区九寨沟毗邻，212国道线从境内穿过，紧邻宝成铁路线。自2001年建成第一条企业自主知识产权的纳米二氧化钛生产线，相继开发了纳米氧化锌，纳米氧化硅，纳米导电ATO，及远红外粉、银系无机抗菌剂、导电钛白、磁性铁氧体、竹炭粉、负离子粉体等功能性粉体，并形成批量生产能力。产品广泛应用于化妆品、涂料、化纤、陶瓷、塑料等领域的提档、换代与升级，市场拓展空间广泛。其公司生产的“美迪林”牌纳米TiO2系列产品根据化妆品原料特性，经过特殊表面处理，有多种型号适用于各种化妆品中，其具体特点如下：（1）对人体是无毒安全的，对皮肤没有刺激性，不致癌（2）对紫外线

7、吸收能力强，既能防护UVB对人体的危害，又能对UVA起防护作用，使防晒产品在UVB及UVA区域对紫外线均有良好的防护作用根据生物效应的不同，将紫外线按照波长划分为四个波段:紫外线的分类有 UVA、UVB、UVC和UVD。其中UVC因为波长较短，在大气中就已经被臭氧层给吸收、散射掉了，所以无法到达地面。UVB的波长居三者之中，波长仅能达到肌肤的表皮,它对人体具有红斑作用，能促进体内矿物质代谢和维生素D的形成，但长期或过量照射会令皮肤晒黑，并引起红肿脱皮。而波长较长的UVA，会深入肌肤的深层，伤害肌肤的真皮层，而造成肌肤老化。（3）对皮肤有固着性，而且耐汗，即所谓的抗水性（4）无臭味、怪味，具有蓝

8、色底相和一定的遮盖力（5）耐候性好、挥发性小、热稳定性好、不与配方中其它组分起化学反应（6）分散性好，可与化妆品其它组分配伍（7）很少的添加量但可获得较高的SPF值 防晒系数（SunProtectionFactor），英文缩写为SPF，是指在涂有防晒剂防护的皮肤上产生最小红斑所需能量，与未加任何防护的皮肤上产生相同程度红斑所需能量之比值，简单说来，它就是皮肤抵挡紫外线的时间倍数。在购买防晒霜时，要注意SPF值，它不是越高越好，越高皮肤“呼吸”越困难。3.2 我国纳米TiO2的现状在国外普遍开展了纳米TiO2的制备和应用技术开发，并取得了阶段性成果，我国纳米TiO2的研究在“九五”期间形成了高潮

9、，据了解，进行纳米粉体制备技术研究的科学院所和高校几乎都在进行和进行过纳米TiO2的研究。重庆大学应用化学系是国内最早(1989年)研究纳米TiO2的单位，华东理工大学、中国科学院上海硅酸盐研究所是目前研究技术较全面、报道最多的单位。国内主要研究单位与制备方法见表2：目前，国内涉足纳米TiO2生产的公司约有十家，总生产能力在1000多吨。四川攀枝花钢铁(集团)公司钢铁研究院年产200t生产装置是我国技术装备较先进、品种最为齐全的装置，可以生产金红石型和锐钛型两大系列各有4个(1040)nm的粉体品种；由淮北芦岭煤矿和腾岭工贸有限公司共同组建的安徽科纳新材料有限公司年产100t生产基地在宿州市建

10、成；安徽科纳新材料有限公司生产的KN100A锐钛矿型纳米级二氧化钛(光触媒)具有良好的光催化活性及独特紫外光激活催化作用，其吸收紫外光后形成的电子-空穴对与吸附与其表面的O2和H2O作用，生成氢氧自由基，具有很强的氧化能力，能够使绝大多数的有机物被光催化氧化分解为水和二氧化钛，从而减轻乃至完全消除原有的危害性。它的性能稳定、易分散、易成型、吸收光波范围较宽。另外，该公司生产的金红石型亲水纳米二氧化钛KN-100R2-3，主要成份为纳米级二氧化钛（nm-TiO2），产品的粒径、粒度、比表面积和形状,可人为进行调控；经特殊的表面包膜工艺具有良好的分散性、耐候性和优异的紫外屏蔽性能,表面性质均为亲水

11、性,可广泛地应用于化妆品、涂料工业、塑料工业、化纤和橡胶工业等现代化工业领域中。上海江沪钛白化工制品有限公司奉贤分公司，是上海市一家近三十年历史的大型钛白粉深加工企业，年加工各种专用特种钛白粉六万余吨。有各种食品添加剂二氧化钛、有系列化妆品二氧化钛、化纤二氧化钛（消光剂）年产三万六千余吨（固体和液体）及化学纯二氧化钛、分析纯二氧化钛和建筑上用的各种除气味的（光触媒催化剂）纳米二氧化钛分散液及各种工业二氧化钛（固体和液体）等产品。其生产的0966纳米TiO2采用世界一流的表面处理和预分散工艺，将纳米TiO2粒子界面形成完整和强韧的界面膜包敷，通过增大溶剂化力和空间位阻的方式，保护纳米粒子不再聚集

12、，同时通过充分的预分散，将纳米TiO2均匀分散形成2520nm的颗粒粒径，并使粒子表面形成扩散的双电层，保证了分散液的稳定性，使它高度透明，在皮肤上易于铺展且不会泛白。使分散液具有极佳的UV屏蔽性和较高的SPF值，可以生产出具有优越的UV屏蔽效果和高SPF值的防晒剂。而0967纳米氧化钛分散液采用微乳液和均匀沉淀相结合的先进制备技术得到纯度高达99.1%的高纯纳米金红石型二氧化钛；采用了均匀膜包覆方法在二氧化钛表面附上多种无机氧化物薄膜，使其表面性质由亲水性转变为强疏水性；采用了特殊的微观混合和微观分散技术，配以优选的表面活性剂，制备出均匀稳定的油性体系分散液。济南裕兴化工总厂拥有先进的纳米T

13、iO2生产线(已通过省级鉴定)，具备年产100t生产能力，可提供纳米锐钛型、金红石型的粉体和浆料共4个品种、多种规格的产品；此外，四川永禄科技有限公司、浙江舟山明日纳米有限公司、江苏五菱常泰纳米材料有限公司、河北茂源化工有限公司纳米TiO2装置也已建成。四、纳米TiO2的发展1）纳米TiO2生产的特点纵观国外纳米TiO2的生产，存在着以下特点：生产原料主要为四氯化钛、硫酸氧钛，生产方法主要有气相法和液相法。气相法主要有以四氯化钛为原料的氢氧火焰水解法，而液相法主要是以四氯化钛和硫酸氧钛为原料的化学沉淀法，且多数生产厂家为钛白粉生产厂，充分利用了原有氯化法和硫酸法生产装置的中间产物、生产技术、公

14、用工程和生产管理方面的经验。我国纳米TiO2的研究和生产具有以下几个特点：对纳米TiO2的研究多、面广，力量分散，低水平的重复性研究现象严重，企业介入的力度不够；重点进行了纳米TiO2制备技术的开发，对纳米TiO2的应用技术开发力度较小，尤其是有关应用的关键技术没有突破性进展；生产规模小、基本采用湿法工艺，土法上马，产品质量差，现有市场空间较小，没有给企业带来想象中的高利润。目前，我国纳米TiO2的市场价格大致为(742)万元/t，因为晶型、质量和产地不同价格差距较大，国内生产的产品价格为(724)万元/t。2）我国纳米TiO2生产的发展建议a.生产工艺的比较气相法反应速度快，能实现连续化生产

15、，而且制备的纳米TiO2纯度高、分散性好、团聚少、比表面活性大，产品特别适合于精细陶瓷材料、催化剂材料和电子材料。但气相法反应在高温下瞬间完成，要求反应物料在较短的时间内达到微观上的均匀混合，对反应器的形式、设备的材质、加热方式、进料方式均有很高的要求。目前气相法在我国处于小试阶段，欲达到工业化生产，还要解决一系列工程问题和设备材质问题。b.原料生产路线我国钛白工业近十年来发生了很大的变化，取得了令人瞩目的成就，其硫酸法钛白的生产已与国外先进技术差距不多，总生产能力已跃居世界第二位，仅次于美国。根据纳米TiO2的生产特点，结合国内钛白生产的具体情况，我们提出了以硫酸法生产的中间产物硫酸氧钛为原

16、料的生产路线，充分利用我国在硫酸法钛白工业生产中所取得的技术，以及工程化方面的经验，发展我国的纳米TiO2工业。c.生产规模的确定目前，国内纳米TiO2的需求量一种观点认为应在1万t左右，一种观点认为在1000t以下，我们认为在目前的情况下，后一种观点可能更符合国内的现实。目前国内纳米TiO2的生产能力已经能够满足现有市场的需求，但随着我国纳米产品的普及程度和人们消费观念的改变以及我国整体经济呈现稳步发展的态势，纳米TiO2必将迎来广阔的市场发展空间。因此，新上项目应在(400500)t/a的生产规模，同时最好建在钛白生产厂内。d.生产方法的选择化学沉淀法一般分为均匀沉淀法、直接沉淀法和共沉淀

17、法三种。其中均匀沉淀法具有工艺简单、产品质量好、易于操作等特点，是最具工业化发展前景的一种制备方法。均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢、均匀地释放出来。只要控制好生成沉淀剂的速度，就可避免浓度不均匀现象，使过饱和度控制在适当的范围内，从而控制粒子的生长速度，获得粒度均匀、致密、便于洗涤、纯度高的纳米粒子，常用的均匀沉淀剂为尿素等。3）存在的问题目前，以TiOSO4为原料制备纳米TiO2过程中存在的主要技术问题：在工艺技术上，TiOSO4的水解产物过滤、洗涤较为困难。除在工艺上加以改进外，还可采用多孔陶瓷膜分离技术或隔膜压滤机对溶液进行洗涤过滤，国内在这方面已有成熟的工业

18、化经验；将锐钛型TiO2完全转化为金红石型TiO2时，必须在较高的温度下通过长时间的加热，这必将导致粒子的团聚或烧结，产品的分散性变差，影响产品的使用效果和应用领域，均匀沉淀法可引入冷冻干燥、共沸蒸馏、超临界干燥和表面处理等技术来减少颗粒之间的团聚。目前就如何对纳米粒子大小、形态进行有效的控制，通过表面改性提高产品性能以及降低生产成本，减轻纳米TiO2产品的团聚，提高其分散性将是今后研究发展方向。五、纳米TiO2的应用5.1.1纳米TiO2光触媒TP05（光触媒）在建材领域的应用5.1.1.1高活性纳米TiO2光触媒TP05光触媒TP05作用机理5.1.1.2纳米TiO2光触媒TP05的特点5

19、.1.1.3纳米TiO2光触媒TP05在建材领域中的应用5.1.1.4问题与展望什么是纳米光触媒呢？纳米光触媒是指在光照下，自身不发生化学变化，却可以促进化学反应的物质，其功能就象光合作用中的叶绿素。1.高活性纳米TiO2光触媒TP05 作用机理高活性纳米TiO2光触媒TP05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-)；而价带中则相应地形成光生空穴(h+)。高活性纳米TiO2光触媒TP05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

20、吸附于TiO2光触媒TP05表面的有机物或先把吸附在TiO2光触媒表面的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能力，有杀菌、除臭、光催化降解有机污染物的功能。2.纳米TiO2光触媒TP05 的特点纳米TiO2光触媒TP05的粒径非常小：粒径为5纳米，而且不团聚。分散性能好，把它投到水里轻轻摇一摇，就能立刻融化成透明的液体，可以喷到家具表面，墙体，形成均匀的透明的纳米涂层，起到净化室内空气的作用催化活性高;纳米TiO2光触媒TP05的催化活性经过测试比较，比目前市场上催化性能最

21、好的纳米TiO2的催化活性还高30倍。可以迅速的捕捉并分解室内的甲醛，苯，氨等有害气体，除味效果好。纳米TiO2光触媒TP05具有较高的光催化反应活性，吸附能力也较强，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）作用广泛，在光触媒反应过程中，不仅能破坏生物因子,也能破坏各种有机化学物质；（2）在光触媒反应过程中，TiO2光触媒不参与反应,只起催化媒介作用，其本身并不随时间延长而消耗，因此使用寿命持久；（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，由于纳米TiO2光触媒TP05本身不释放出有害物质且本身

22、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，因此光触媒作用对环境完全无害。3.纳米TiO2光触媒TP05 在建材领域中的应用3.1 光触媒涂料JRCG1.抗菌涂料近年来，随着人们环保意识的加强，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光触媒TP05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

23、菌、杀菌能力，是受到人们关注的新型矿物功能材料。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。纳米TiO2光触媒TP05不仅具有分解病原菌的能力，还能有效分解细菌释放出的毒素。东京大学的藤岛昭授等在玻璃上涂一薄层二氧化钛光触媒，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光触媒TP05本身无毒、无味、对人体安全无害，可将纳TiO2光触媒TP05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、净化室内空气的效果。2.净化空气涂料JRCG城市大气中氮氧化物(NOX)及硫氧化物(S

24、OX)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光触媒TP05配制成光催化净化大气环保涂料，利用TiO2光触媒光催化剂TP05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光触媒TP05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光触媒TP05除去汽车废气(含H2S)中硫的能力，在500 的条件下经7h后从汽车废气中除去的总硫量比常规二氧化钛光触媒TP05除去的量大5倍。更值得注意的是在暴露7h后，纳米TiO2光触媒TP05除出硫的速度仍相当高，也就是说用纳米TiO2光触媒作为涂料助剂

25、不仅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光触媒TP05配制水性涂料，并进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光触媒TP05复合涂料可以有效地分解甲醛。林劲冬等用Fe3+的丙酮溶液对锐钛型二氧化钛光触媒进行浸渍改性，制得Fe-二氧化钛光触媒光催化剂，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。3.2 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。然而在大量使用的玻璃幕墙中存在着耐污

26、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。因此，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二氧化钛光触媒薄膜，就制成了“自洁”玻璃。在二氧化钛光触媒表面，钛原子和钛原子之间通过氧桥连接，这种结构是疏水性的。在紫外光的照射下二氧化钛光触媒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

27、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。由于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。这种玻璃可以利用太阳光，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。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。3.生态陶瓷抗菌型

28、纳米TiO2光触媒TP05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，可以用于厨房、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。将这种陶瓷应用于医院

29、可杀死附着于其上的细菌；用于浴室可减少由于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；用于卫生间可以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二氧化钛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%。4.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光触媒TP05的光催化功能，可以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。通过TiO2光触媒光催化水泥和混凝土的光催化作用，可以使汽车和工

30、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。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。5.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光触媒。用紫外线照射30分钟后，可杀灭80%附着其上的大肠杆菌，两小时后可以全部杀灭；这种板材还可以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光触媒TP05，纸面的白度和亮度均得到提高，并具有光催化功能。在牛皮纸浆中加入二氧化钛光触媒水溶胶，最后制成的纸板具有较好的光催化效果，可以用于居室、医院等场所。5.1.

31、1.4 问题与展望纳米TiO2光触媒TP05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。但是二氧化钛光触媒光催化技术还未完全成熟,光催化建材也存在问题。1.提高TiO2光触媒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高电荷的分离速率，抑制载流子复合以提高量子效率、扩大光的吸收波长范围、改变产物的选择性或产率、提高光催化材料的稳定性。2.TiO2光触媒的涂膜固化问题形成的TiO2光触媒膜必须牢固，目前在耐热材料上的固化是将TiO2光触媒溶胶喷涂或浸涂在基材上，然

32、后在高温下烧结制成。TiO2光触媒光催化剂在非耐热材料上固化存在困难，因为有机材料本身不耐TiO2光触媒光催化剂的强氧化作用，虽可用耐TiO2光触媒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光触媒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。3.TiO2光触媒光催化反应只发生在催化剂表面其产物也吸附在其表面,需对表面经常性地进行清除，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。4.光催化技术与其他建筑环境技术的结合目前宣城晶瑞新材料有限公司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

33、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。这项研究在世界上尚属首次。目前该项研究已经取得了一定的成果。5.1.2 纳米TiO2光触媒在纺织品上的应用5.1.2.1抗紫外纺织品5.1.2.2抗菌纺织品5.1.2.3空气净化纺织品5.1.2.4自清洁纺织品5.1.2.5其他功能纺织品5.1.2.6存在问题及发展1.抗紫外纺织品根据光学原理，增强织物对紫外线的反射与吸收，就能达到织物抗紫外线的功能。TiO2和SiO2等纳米光触媒颗粒具有很好的吸收紫外线的能力，在聚合或纺丝的过程中加入纳米粉体，使其渗入到纤维内部，达到抗紫外的效果；也可在后整理过程中，将纳米粉体加入到浸轧液或涂

34、层剂中，进行浸轧或涂层整理，使纳米粉体进入纤维之间或在织物表面形成一层薄膜，达到抗紫外线的目的。2.抗菌纺织品服用纺织品在人体穿着的过程中，不可避免会沾染汗液、皮脂和其他分泌物，同时也会被环境沾污，细菌等各类微生物就在这些纺织品上滋生。纳米TiO2抗菌材料在紫外线的照射下，依靠光催化作用，将细菌等有机物氧化成CO2和H2O,从而实现了抗菌效果。3.空气净化纺织品空气中的污染物主要是挥发性有机化合物，包括汽车尾气、工业排放的有害气体、室内家具释放出的醛类有害气体和吸烟时产生的刺激性气体等。将纳米TiO2整理到室内纺织品上，可利用光催化特性降解室内空气环境中的有害物质，这对于改善人们的居住生活环境

35、，提高人们的健康水平具有十分重要的意义。日本率先在营运车辆内部采用涂覆纳米TiO2光催化膜的方式进行车内空气净化。4.自清洁纺织品在光照条件下，纳米光触媒表面均匀分布着分离开的纳米级的亲水区和亲油区，宏观上纳米光触媒表面表现出亲水和亲油性。停止光照后，化学吸附的羟基被空气中的氧取代，又从亲水状态回到疏水状态。光触媒就能在光和空气中水的作用下，将纺织品表面的灰尘和油污等去除，达到自清洁作用。5.其他功能纺织品在化学纤维中加入纳米光触媒粉末，可以产生良好的静电屏蔽作用,改善化学纤维的抗静电性能。在纳米TiO2对纯棉织物的抗皱整理过程中，既有传统催化剂的催化作用，同时又有纳米TiO2的协同催化作用，

36、在一定质量浓度范围内，织物的折皱回复角高于未加纳米TiO2时的折皱回复角。6.1.光触媒TiO2分散性问题目前商品化的光触媒TiO2都是粉体状态，分散性差。纳米TiO2颗粒粒径小于100nm，具有极大的比表面积和表面能，在化学纤维纺丝中加入TiO2颗粒，会出现纳米粉体团聚、堵塞喷丝头、纺丝断头和磨损织机等问题，且纳米粒子分布不匀、光催化活性低。在天然纤维后整理以及应用过程中容易发生粒子凝聚、团聚、形成二次粒子，使粒子粒径变大，就会失去纳米粒子的特殊表面效应、小尺寸效应，从而在实际应用中失去了纳米粒子的优异性能。6.2光触媒颗粒与纤维结合问题光触媒TiO2本身对纤维没有亲和力，难以固着在纤维表面

37、，浸轧后，通过物理吸附固着在织物表面，一次或多次水洗后，织物就丧失了光催化能力。如通过涂层整理，依靠粘合剂固着在织物表面，虽然耐洗性有所提高，但是织物手感大大降低，并由于光触媒颗粒被粘合剂包覆，不能接触外界环境，光催化活性大幅下降。6.3纳米光触媒TiO2在纺织品应用研究方向6.3.1提高光触媒TiO2的分散性能分散体系的稳定性是指某种物质(如分散相浓度、颗粒大小、体系黏度和密度等)具有一定程度的不变性。纳米颗粒的大小与胶体颗粒大小近似，因此可用胶体的稳定理论来近似探讨纳米颗粒的分散性。在分散介质中的纳米颗粒，总是服从布朗运动，颗粒间存在着相互吸引力与相互排斥力。国内外的研究都是基于减少纳米颗

38、粒之间的吸引力，提高排斥力进行的。在一定条件下，提高分散性有以下几个途径:1)选择合适的分散剂，提高粒子之间的斥力；2)调节分散体系的pH值，使纳米颗粒表面的双电层厚度增大,增大排斥能；3)选用吸附能力强的聚合物，如亲水性表面活性剂吸附于TiO2表面，有利于增大TiO2粒子在水中的排斥能，提高分散性。6.3.2提高光触媒TiO2对织物的结合牢度引入聚氨酯等交联剂，聚氨酯是主链含有氨基甲酸酯基(-NHCOO-)重复结构单元的一类聚合物，由异氰酸酯(单体)与羟基化合物聚合而成。聚氨酯中含有较多的反应性基团，大分子间发生交联，又由于含有较多氨基甲酸酯基(-NHCOO-)、脲基(-NHCONH-)等极性基团，在强静电作用下，便可产生较多的氢键，形成氢键交联，具有良好的成膜性、韧性、耐磨性和粘合性，可以提高光触媒TiO2对织物的结合牢度。总之，纳米TiO2因其具有的特殊的物理、化学性质及其广阔的应用前景，必将拥有巨大的市场需求。尽管在我国纳米TiO2的市场刚刚形成，但是随着纳米产品的普及以及人们消费观念的改变，以及纳米技术和对纳米TiO2产品应用的不断深入、市场的不断规范和发展，纳米TiO2必将迎来广阔的市场发展空间并带来巨大的社会和经济效益。