tio2光催化技术

一般常用的杀菌剂银、铜等能使细菌细胞失去活性，但细菌杀死后，尸体可释放出有害的组分，如内毒素。纳米TiO2不仅能影响细菌繁殖力，而且能攻击细菌细胞的外层，穿透细胞膜，破坏细菌的细胞膜结构，达到彻底降解细菌，防止内毒素引起的二次污染。

研发不受光源限制的光催化剂，制备成不同的抗菌材料制品，应用到不同光照条件的场合，以满足各种环境中抗菌应用的需求。一般的纳米TiO2经紫外光照射时方有较明显的杀菌效果，但在许多场合因无紫外光源照射，而使应用受到限制，如常年无光照的阴暗区、封闭仓、易发霉容器的内部等等。

本研究技术将纳米TiO2表面进行特定处理，降低了电子跃迁的禁带宽度，并产生电子-空穴对的陷阱，以强化光催化作用，使其在紫外光照时有较强的光催化效果，在黑暗微光区也有较明显的光催化效果。采用不同光源对抗菌塑料制品的杀菌效果进行比较，测试结果如表5所示。其结果表明，光源不同，杀菌效果差别很小，影响不大，可见该纳米TiO2的杀菌效果不受光源作用的限制，即使是很微弱的激发光源（黑暗区的微光），添加该纳米TiO2的材料都能够产生明显的抗菌效果，这样的抗菌材料可以应用到无灯光照的暗仓或封闭层内的微光场合，不受光源的限制，大大拓宽了应用领域。

表5光照条件对抗菌塑料膜杀菌率的影响

Table 5 Influence of light source condition on antimicrobial properties of plastic film

供试微生物菌株 大肠杆菌 金黄色葡萄球菌 自然光照抗菌塑料膜的杀菌率（%） 微光条件抗菌塑料膜的杀菌率（%） 99.97 99.97 99.92 96.94 92.75 枯草芽孢杆菌黑色变种 97.42 2．3 纳米TiO2光催化剂降解水中有机污染物的性能的研究

排污水中常含有卤代脂肪烃、卤代芳烃、硝基芳烃、多环芳烃、酚类、染料、农药等多种有害的有机成分，水中有机污染物已导致大量水生环境污染、动物中毒，造成江、河、湖、海生态环境的一定破坏，并构成对人体健康的严重威胁。采用纳米TiO2光催化剂处理有机废水，能有效地降解江河中的有机污染物，进行除毒、脱色、矿化、最终降解为二氧化碳和水，目前这方面的研究已取得进展，光催化降解污水将成为有效的处理手段。我们利用纳米TiO2光催化剂对药厂废水和甲基橙溶液降解进行了检测研究，表明具有明显的降解效果。这主要是由于纳米TiO2在水的体系中，受光激发能够自行分解出自由移动的带负电的电子（e-）和带正电的空穴(h-)，形成电子空穴对，迁移到材料表面，电子被吸附溶解在TiO2表面的氧俘获形成活性超氧阴离子自由基（O2·－），而空穴则将吸附在TiO2表面的OH－和H2O氧化成氢氧自由基（·OH），活性的（O2·－）和（·OH）具有很高的反应活性，当污染物

吸附于其表面时，就会被氧化、发生链式降解反应，分解成无毒的二氧化碳、水和无机物，从而达到消除污染的目的。

表6 纳米TiO2对药厂废水和甲基橙溶液的降解

Table 6 Photo-decomposition of waste water and methylic orange with nano-titania

检测内容 对甲基橙溶液 处理实验 对华北制药厂废水处理实验 试验主要条件 160W汞灯照 自然光照 （黑暗区）微光照 降解效果 脱除率为75.72% 脱除率76.39% 脱除率74.66% 有机物降解率为160W汞灯照射4小时 50.66% 纳米TiO2作为净化功能的无机纳米粒子，具有颜色透明，吸收紫外线，光催化降解有机物和细菌等特征，将其应用于复合材料中既可以屏蔽紫外线提高材料的耐老化性，也能一定程度地提高材料的强度、韧性等力学性能。本研究采用亚稳态氯化法合成纳米二氧化钛光催化剂，并将其研制成应用目的明确的复合材料,如塑料、纤维、皮革和涂料等的纳米TiO2光催化绿色复合材料中，发挥抗菌、除臭、降解环境污染物、达到治理环境的作用。

3．亚稳态氯化法制备纳米TiO2光催化剂

随着纳米功能材料的问世，纳米材料的研究已成为科研前沿的热点。在众多的纳米材料制备方法中，如何利用体系的亚稳状态（即从热力学上的不稳定状态向平衡态非常缓慢的转变状态），或者是材料相变温度明显降低等的亚稳态特性，来作为制备纳米材料的手段，已成为值得我们深入研究探讨的技术。本生产工艺以四氯化钛为原料，采用亚稳态氯化法制备工艺，历经溶胶-凝胶、过滤洗涤、真空干燥和高温煅烧等过程，制得纳米TiO2初产品，经表面包覆处理，获得分散稳定的纳米TiO2成品。

目前通过亚稳态氯化法生产出金红石型纳米TiO2，其批量产品任意抽样样品的XRD衍射图谱如图3所示，TiO2中的金红石型含量达95%以上。

图3 随机抽样纳米TiO2 X衍射图谱 Fig.3 The XRD patterns of nano-TiO2

表7随机抽样纳米TiO2的金红石型含量情况

by stochastic sampling Table7 The rutile content of nano-TiO2 by stochastic sampling

样品批号 TiO2的金红石型 含量（CR%） 样品批号 TiO2的金红石型 含量（CR%） 1 95 5 100 2 3 4 97 8 97 97 100 6 7 96 95 本产品由北京市海淀区产品质量监督检验所依据北京市质量监督局《纳米材料质量检验评价规则》进行检测，测试透射电镜照片如图5所示，照片中呈现出分散均匀的纳米粉体。该产品为100%纳米粒子。颗粒平均粒径为24nm，粒径分布范围在6～66nm，其中有%颗粒粒径分布在6～40nm范围。该产品在水处理、净化空气、抗菌防霉、屏蔽紫外线等方面，都显示出很好的功能。

图5 纳米TiO2颗粒粒径的电镜照片 Fig.5 TEM image of nano-TiO2 particle size

5．纳米TiO2光催化剂的安全性

纳米TiO2光催化剂向我们提供抗菌净化环境功能的同时，也向我们保证产品与人体接触的安全性。纳米TiO2属非溶出型光催化剂，本身安全无毒，重金属含量极少，抽取连续生产的纳米TiO2产品，经原子能光谱法检测，得到结果为：汞(Hg):0.21μg/g，铅(Pb):0.37μg/g，砷(As):1.26μg/g，重金属总含量（Hg+ Pb+ As）< 2ppm。

经中国预防医学科学消毒检测中心检测，毒理测试结果：

检 测 项 目 急性经口毒性试验 皮肤刺激试验 眼刺激实验 阴道粘膜刺激试验 蓄积毒性试验—剂量递增蓄积系数法 小鼠骨髓多染红细胞微核试验 结论 属于实际无毒级 属于无刺激性 属于无刺激性 属于无刺激性 属于弱蓄积毒性 对小鼠骨髓细胞染色体未呈现致机畸变作用

所以使用该纳米TiO2光催化剂功能填料时，无任何药物溶出或挥发，对环境无毒无害，对人体不产生不良影响，是安全可靠抗菌保健除污的环保材料。

综上所述，亚稳态氯化法生产的纳米TiO2，使用安全，无毒无副作用，适用广泛的生活空间，确保人们拥有健康的生活环境。使用过程中，不受光源限制，具有高效、彻底的降解环境中有毒污染物的效果。纳米TiO2作为性能优异的功能光催化材料，进行了室内空气中甲醛、氨气、苯类有害气体的降解等，发挥净化空气、降解水中有机污染物、抗菌防霉的功能，同时起到屏蔽紫外线、对材料增强增韧的作用。生产和应用研究表明：亚稳态氯化法生产的纳米TiO2光催化剂在安全环保方面具有独特的、高效的、广阔的应用前景，可广泛的应用于环境保护领域，它的功能发挥将带来深远的意义。

6．公司介绍

北京化大天瑞纳米材料技术有限公司，致力于纳米材料及应用产品研发生产和经营，龙头产品是纳米二氧化钛，它们分别用于聚乙烯母料、聚丙烯母料、ABS母料、纳米复合涂料、聚氨酯皮革、化妆品等产品。相继产品有纳米抗菌不锈钢塑料复合管、绿色环保新型涂料、纳米功能母料、功能皮革、功能织物等等。(end)