中國粉體網訊 納米TiO2 由于粒徑小、比表面積大, 除了具有與普通TiO2 一般的性能外, 還有許多自身的特性, 如表面的清潔 、良好的抗紫外線性能、白度高 、消色力強 、遮蓋力大, 以及良好的化學耐腐蝕性 、耐熱性和很高的化學活性。更為突出的是光催化效率高, 因此可作為一種很好的光催化劑。目前, 人們已發現TiO2陶瓷粉體具有凈化空氣、殺菌 、除臭等功能, 可廣泛的應用于環境治理、水處理 、無污染化學反應及抗菌凈化等方面。
污水處理
隨著現代工業的發展, 人類原有的水資源受到日益嚴重的污染, 清除水體中的有毒有害化學物質, 如鹵代烴 、農藥 、表面活性劑等已成為環保領域的一項重要工作。目前, 廢水處理方法可分為 3 種類型, 即分離處理、稀釋處理、轉化處理。
分離處理是將污染物從一相轉移到另一相, 但不能使污染物得到徹底分解或無害化, 甚至還存在著二次污染的問題。稀釋處理是通過稀釋廢水來減輕水體 的污染, 同時把污染物分離開, 但其不會改變污染物的化學性質。轉化處理則是通過化學或生化的作用改變 污染物的化學本性, 使其轉化為無害的或可分離的物質, 這是較理想的處理方法。但轉化處理方法大多是針對排放量大、濃度較高的污染物 , 對于水體中濃度較低, 難以轉化的污染物的凈化還無能為力。
近年來發展起來的納米 TiO2 光催化降解技術就為這一問題的解決提供了良好的途徑。有關文獻報道, 對水中 34 種有機污染物的光催化分解進行了系統的研究, 結果表明, TiO2 光催化氧化法可將水中的烴類、鹵代物 、羥酸 、表面活性劑、含氮有機物 、有機磷殺蟲劑等較快的完全氧化為CO2 、H2O 等無害物質。
氣體凈化
環境有害氣體可分為 2 類:室內有害氣體和大氣污染氣體。室內有害氣體主要有裝飾材料等放出的甲醛及生活環境中產生的甲硫醇 、硫化氫 、氨氣等 , 這些氣體在百萬分之幾時即能使人產生不適感。TiO2 陶瓷粉體通過光催化作用可將吸附于其表面的這些物質分解氧化, 從而使空氣中的有害物濃度降低, 減輕或消除環境不適感。
大氣污染氣體主要指汽車、摩托車尾氣及工業廢氣等向空氣中排放NOx 等有毒氣體。尤其在交通密集區 、兩旁有高大建筑物的狹窄街道 、高速公路 、地下停車場、隧道 、都市商業區等場所 NOx 等有毒氣體最易富集。空氣中較高濃度的NOx 會嚴重影響人體健康, 將納米TiO2 陶瓷粉體涂敷在建筑物、廣告牌等表面, 利用TiO2 光催化劑的高氧化活性和空氣中的 O2 可直接實現NOx 等有毒氣體的光催化氧化作用, 形成蒸汽壓低的硝酸或硫酸, 這些酸類物質在降雨過程中除去, 從而達到了降低大氣污染的目的。
治理有機污染物
納米TiO2 陶瓷粉體的光催化劑能有效的降解有機污染物, 其機理是通過催化劑表面產生強氧化性的OH 致使有機物氧化分解, 最終使之礦化。因為這種氧化作用無選擇性, 且有較高的分解效率, 所以多種有機污染物均可被氧化分解而消除。
半導體多相光催化法是近年來日益受重視的有機污染治理新技術。納米TiO2陶瓷粉體以其優異的光催化性能對鹵代脂肪烴、鹵代芳烴 、有機酸類 、燃料 、酚類、醇 、酮 、醛、胺 、取代苯胺、多環芳烴、雜環化合物 、烴類、表面活性劑 、農藥等都能有效的進行光催化反應, 達到除毒、脫色、礦化, 以及最終消除有害物質對環境的污染。
防污(表面自潔)
防污功能又被稱為自清潔功能。在TiO2 表面鈦原子之間通過橋氧連接, 這種結構是疏水性的。在紫外光照射條件下TiO2 表面的氧和羥基間發生置換, 使其表面形成了均勻分布的納米尺度分離的親水微區和 親油微區, 從而使表面具有了油水雙重親和性。在光照條件下空氣中的水, 解離吸附在氧空位中, 成為化學吸附水, 即在氧空位缺陷周圍形成親水微區, 而表面剩余區域仍保持親油性, 這樣就在表面構成了親水性和疏水性相間的微區, 類似于二維的毛細管現象。
由于水或油液滴尺寸遠遠大于親水或親油區面積, 宏觀上TiO2 表面表現出親水或親油的特性。停止紫外光照時, 化學吸附的羥基被空氣中的氧取代, 重新回到疏水性狀態。將吸附性材料添加到TiO2 當中, 在提高親水性的同時, 可使化學吸附水對氧的置換變慢, 從而延長了其超親水性的持續時間。由于超親水作用會在材料的表面產生表層水膜, 使得油污不能與材料表面牢固結合, 從而易于清洗。
利用TiO2 表面的超親水特性可使其表面具有防污、防霧 、易洗 、易干的特點 。例如, 在汽車擋風玻璃、后視鏡表面鍍上TiO2 薄膜, 可防止鏡面結霧。實驗表明, 鍍有 TiO2 薄膜的表面與未鍍 TiO2 薄膜的表面相比, 顯示出高度的自清潔效應, 一旦這些表面被油污等污染, 因其表面具有超親水性, 污物不易在表面附著, 附著的污物在外部風力、水淋沖力 、自重等作用下, 會自動從TiO2 表面剝離下來, 陽光中的紫外線足以維持TiO2 薄膜表面的親水特性, 從而使其表面具有長期的自潔去污效果。
除臭
除臭、除怪味是目前工業生產和日常生活中經常遇到的問題。以前普遍采用活性炭驅除這些臭氣, 隨著氣體在活性炭表面的富集, 其吸附力明顯降低, 不僅脫臭能力低, 壽命短, 而且不易再生, 使其應用受到限制。然而利用TiO2 陶瓷粉體的光催化劑除臭裝置可吸附這些臭氣, 再經紫外光照射氣體分解后, 又可恢復其新鮮表面, 不影響吸附效果還可反復使用。近年來, 日本等國采用TiO2 陶瓷粉體光催化劑和氣體吸附劑制成混合型除臭吸附劑已得到實際應用。該方法利用氣體吸附劑來吸附臭氣, 經表面擴散與TiO2 陶瓷粉體光催化劑接觸后, 可氧化分解, 既不會降低吸附劑的吸附活性, 又解決了TiO2 陶瓷粉體光催化劑對臭氣吸附性較差的缺點, 可顯著提高臭氣的光降解效率。
殺菌
在人們的居住環境中存在著各種各樣的有害微生物, 它對人類生活產生不良影響。家居環境中一些潮濕的場合(如廚房、衛生間等)其微生物容易繁殖, 導致空氣中細菌濃度和物品表面細菌濃度增大, 對人體帶來嚴重的危害。
細菌型微生物都是由有機復合物構成, 通常用一般的殺菌劑(如硝酸銀、硝酸銅等)可使細菌失去活性, 但細菌被殺死后, 可釋放出致熱和有毒的組分(如內毒素)。內毒素是致命的物質, 可引起傷寒 、霍亂等疾病, 而利用TiO2陶瓷粉體光催化劑不僅能殺死細菌, 同時能降解由細菌釋放出的有毒復合物。即TiO2陶瓷粉體的光催化作用不僅能消滅細菌, 而且能攻擊細菌的外層細胞, 穿透細胞膜, 破壞細菌的細胞膜結構, 從而徹底的殺死細菌。可見, 利用納米TiO2 陶瓷粉體作為抗菌材料的應用領域越來越廣泛, 其囊括農業、紡織、水處理 、衛生潔具 、空氣凈化技術、抗菌材料和抗菌涂料等各個方面。
（中國粉體網編輯整理/青禾）
