纳米二氧化钛十篇

纳米二氧化钛篇1

关键词：纳米；二氧化钛

1.研究的目的和意义

虽然我国工业废水的治理做了许多有益的工作，但治理能力的增长还赶不上水体污染速度的增长，原因是多方面的，其中技术落后是主要原因之一。如，物理法只是把污染物从一相转移到另一相，污染物本身并没有得到彻底降解。化学法通过使用化学药剂，在化学反应过程中对污染物进行氧化或者还原降解，改变污染物的形态，将它们变成无毒或微毒的新物质，或者转化成容易与水分离的形态，从而达到处理的目的。但这种方法需要大量的化学药剂，运行成本较高，不适合大规模使用，同时，也可能产生二次污染。生物处理法是利用微生物代谢作用，使废水中的有机污染物和无机营养物转化为稳定、无害的物质，这是价格相对低廉、目前广泛采用的一种水处理方法。然而生物降解仍存在着一定的局限性，概括起来有以下几点：细菌的作用具有选择性；降解速度慢；对有些有毒物质只能部分降解，并且可能形成有毒性的中间产物；部分芳香族化合物难以被降解。从目前国内运行状况看，这三种处理方法虽然有些工艺已较成熟，但各有其局限性，运行成本也不算低，处理效率高低不等，特别是不能有效地去除水中低浓度且生物难降解的一些有机污染物。

随着研究的深入，人们发现一种环境友好的新技术——半导体多相光催化氧化法，这种技术能耗低、操作简便、反应条件温和、实用范围广、无二次污染，因而在环境治理方面日益受到人们的重视。光催化氧化反应作为一种高级的氧化过程(AdvancedOxidationprocess，简称AOP)，与传统的方法相比，具有如下优点：能使有害物质完全分解，不会产生二次污染；可以在常压下操作，反应条件温和，减少操作困难；不需要大量消耗除光以外的其他物质，可以降低能原材料的消耗；能够达到除毒、脱色、去臭的目的；光催化剂具有廉价、无毒、稳定以及可以重复利用等特点。

1.1纳米二氧化钛光催化氧化技术

1.1.1TiO2及其性质

Ti是TiO2的金属单质，在地球上金属中储量为第四位，仅次于铝、铁和镁。Ti是典型的过渡元素，根据价健理论，核外电子轨道上d轨道未充满，这样可随反应条件与反应物的不同直接作用或对反应产生间接影响。

与其它半导体材料相比，TiO2具有许多的优点，使其成为目前最广泛使用的光催化剂：1)对紫外光的吸收率较高，小于387nm的紫外光均能激发生成电子一空穴对；2)具有良好的抗光腐蚀性和化学稳定性；3)禁带宽度大，氧化还原能力强，有较高的光催化活性；4)TiO2对很多有机污染物有很强的吸附作用；5)TiO2价廉无毒，低成本。这些显著优点使TiO2成为技术最成熟、应用最广泛的一种光催化剂。

1.1.2TiO2光催化机理

半导体粒子的能带结构，一般由低能的价带和高能的导带构成，价带和导带之间存在禁带。半导体的禁带宽度一般在3.0eV以下。当能量大于或等于能隙的光(?υ≥Eg)照射到半导体时，半导体微粒吸收光，产生电子-空穴对。与金属不同，半导体粒子的能带间缺少连续区域，电子-空穴对一般有皮秒级的寿命，足以使光生电子和光生空穴对经由禁带向来自溶液或气相的吸附在半导体表面的物种转移电荷。空穴可以夺取半导体颗粒表面被吸附物质或溶剂中的电子，使原本不吸收光的物质被活化并被氧化，电子受体通过接受表面的电子而被还原。

当TiO2被波长小于385nm的光照射后，能够被激发产生光生电子一空穴对，激发态的导带电子和价带空穴又能重新合并，使光能以热能或其他形式散发掉。

TiO2+hυTiO2+h++e-(1)

h++e-复合+能量(2)

当催化剂存在合适的俘获剂或表面缺陷时，电子和空穴的重新复合得到抑制，在它们复合之前，就会在催化剂表面发生氧化-还原反应。价带空穴是良好的氧化剂，导带电子是良好的还原剂。大多数光催化氧化反应是直接或间接的利用空穴的氧化能。在光催化半导体中，空穴具有更大的反应活性，是携带量子的主要部分，一般与表面吸附的H2O2或OH-离子反应形成具有强氧化性的羟基自由基(·OH)。

H2O+h+·OH+H+(3)

OH-+h+·OH(4)

电子与表面吸附的氧分子反应，分子氧不仅参与还原反应，还是表面羟基自由基的另外一个来源，具体的反应式如下：

O2+e-·O2-(5)

H2O+·O·OOH+OH-(6)

2·OOHO2+H2O2(7)

·OOH+H2O+e-H2O2+OH-(8)

H2O2+e-·OH+OH-(9)

上面式子中，产生非常活泼的羟基自由基(·OH)、超氧离子自由基(·O2-)以及·OOH自由基，这些都是氧化性很强的活泼自由基，能够将各种有机物直接氧化为CO2，H2O等无机小分子。而且，因为它们的氧化能力强，使氧化反应一般不停留在中间步骤，不产生中间产物。

2.本课题国内外研究现状

1976年，J.H.Carey报道了TiO2水浊液在近紫外光的照射下，可使多氯联苯脱氯，使TiO2在环保领域的应用研究日新月异。1995年，Blake报道了被光催化处理的300多种有机物。同时，由于TiO2具有化学活性高，安全无毒，价格低廉，技术易于操作，无二次污染，在水处理中普遍受到重视。

对有机磷的降解结果表明，在TiO2的悬浊液中，通过光催化氧化，含磷有机物可完全无机化，并能定量的生成PO43-。同样，含硫有机物通过TiO2光催化氧化，可得到类似的结果，其中硫定量氧化为SO42-；中国科学院利用太阳光和纳米二氧化钛粉末对十二烷基苯磺酸钠水溶液进行试验，日光照射12h后，浓度为1mol/L的十二烷基苯磺酸钠基本降解完全；我国学者赵文赛等以煤炭中漂球为载体也制备出二氧化钛漂浮型光催化剂，不仅能有效降解水面石油，并能抑制原油在自然氧化过程中形成的有害共聚物；李田研究了水中六六六与五氯酚的光催化，魏玉凤用TiO2和H2O2混合处理了氨基丁酸，这些研究表明，结果理想，效果良好。

对于废水中的无机化合物，纳米二氧化钛的强还原性可将Cr2O72-还原成无毒的Cr2O3，将SO42-和NOx还原成单质或无毒低氧化态氧化物，S2-还原成单质S。同时，还可将Pb2+和Mn2+等氧化成相应的高氧化态金属氧化物而沉淀出来。另外，TiO2还可将贵金属、金、铑、钯、铂等在其表面沉积下来，这一技术可以被用来从工业废液中回收贵金属。

纳米二氧化钛篇2

    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tio2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(6000～10000)t/a，单线生产能力一般为(400～500)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。

表1  2003年全球纳米tio2消费量与产品应用

产品应用

消费量/t

uv-吸收剂

1000

光催化剂

<100

化学催化剂

<500

装饰既随角异色

100

表面吸附剂

<50

其它

50

   

    近几年，有关纳米tio2的新建装置已很少报道，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：①国际上纳米tio2的价格为(30～40)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；②纳米tio2的晶型和粒度控制技术；③金红石型纳米tio2的表面处理技术；④纳米tio2应用分散技术；⑤纳米tio2应用功能的提升技术：⑥纳米tio2产业化成套技术。由于以上条件的制约，使得纳米tio2的应用和发展受到限制。

    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，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。

表2国内纳米tio2的制备方法与研究单位

制备方法

研究单位

气相水解法

永新一沈阳化工股份公司

气相氧化法

华东理工大学

胶溶法

重庆大学、吉林大学

溶胶-凝胶法

中国科学院固体物理研究所、华东理工大学、西北大学

化学沉淀法

北京首创纳米公司、成都科技大学、东北大学

   

    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(10～40)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成；江苏河海纳米科技股份有限公司投资5000万元，已经建成年产500t的规模；青岛科技大学纳米材料重点实验室与海尔集团联合开发的首条具有百吨生产能力的生产线已经建成并一次试车成功；济南裕兴化工总厂拥有先进的纳米tio2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。

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：①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；②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；③工程开发能力薄弱，因纳米tio2项目一般投资较小，一些大型的工程公司(设计院)对工程化的兴趣不大，不愿投入人力物力进行工程开发，④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(7～42)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(7～24)万元/t。

2）我国纳米tio2生产的发展建议

   生产工艺的比较

   气相法反应速度快，能实现连续化生产，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。

    与气相法相比，液相法生产的原料成本低了一个数量级。而且具有原料无毒、无危险性、常温液相反应、工艺过程简单易控制、易扩大到工业规模生产、三废污染少、产品质量稳定等优点。因此；液相法中硫酸氧钛和四氯化钛液相中的化学沉淀法最具工业化发展潜力。

    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。

    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(400～500)t/a的生产规模，同时最好建在钛白生产厂内。

    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。该方法中，加入溶液的沉淀剂不立刻与沉淀组分发生反应，而是通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢生成，使之通过溶液中的化学反应缓慢生成沉淀剂，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。以硫酸氧钛为前驱物，以尿素为沉淀剂制备纳米二氧化钛的反应原理为：尿素水溶液在70℃左右开始水解，其反应式为：co(nh2)2+3h2o=2nh3·h2o+co2

    由于尿素的分解速度受加热温度和尿素浓度的控制，因此可以使尿素分解速度降得很低，从而可得粒径分布均匀和粒径小的纳米tio2。尿素的分解产物co2和nh3，在反应或煅烧后均为气体，易挥发，不会对产品的纯度和质量造成影响。生成沉淀剂nh3·h2o在tioso4溶液中分布均匀、浓度低，使得沉淀物tio(oh)2均匀生成：

    tioso4+2nh3·h2o= tio(oh)2+(nh4)2so4

    tio(oh)2煅烧得到tio2：

    tio(oh)2= tio2+h2o

    存在的问题

纳米二氧化钛篇3

Abstract： In the asphalt pavement application， titanium dioxide nanoparticles as a catalyst be used to degrade automobile exhaust， and improve the mechanical properties and durability of asphalt pavement in a certain extent. This paper summarizes the application of nanometer titanium dioxide in asphalt and asphalt mixture in the above two aspects， and prospect the development of nano titanium dioxide in the direction of the two study.

关键词： 纳米二氧化钛；沥青改性；催化降解；汽车尾气

Key words： nanometer titanium dioxide；asphalt modification；photocatalytic degradation；automobile exhaust

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）08-0144-03

0 引言

随着科技的高速发展，汽车保有量呈不断增长的趋势，大量汽车排放出的尾气导致生态环境不断恶化，如何改善人类赖以生存的环境已经成为亟待解决的难题。光催化降解污染物由于其新颖性、能源消耗少、环境友好等特点逐渐成为处理工业污染的一项新课题。纳米二氧化钛就是一种新型的光催化剂，研究发现，纳米二氧化钛具有安全无毒、经济实惠、稳定性好等特点。

自1972年Fujishima A利用二氧化钛光催化电解水以来，关于纳米二氧化钛光催化剂的研究就开始逐步增多，利用纳米二氧化钛降解汽车尾气的研究也在逐步加深：日本在多孔路面中撒布纳米TiO2粉末，取得了良好的汽车尾气净化效果；长安大学沙爱民[1]重点研究了分解尾气的路面材料、催化剂、添加剂等，开发出来能高效吸收分解尾气的矿物负载耦合型光催化材料，并自行研制了尾气测试评价系统；东南大学钱春香等人[2]通过在南京某收费站处铺设纳米二氧化钛试验路段，证明纳米二氧化钛能有效催化降解汽车尾气中氮氧化物。纳米二氧化钛除了作为光催化剂以外，也常作为一种添加剂应用于沥青与沥青混合料中，它能提高沥青的抗老化性能，改善沥青混合料的部分力学性能等[3]。

1 纳米二氧化钛在降解汽车尾气中的应用

1.1 纳米二氧化钛催化降解汽车尾气的机理 汽车尾气排放的主要成分是NOx、CO、HC和SO2，汽车尾气排放后首先与路面材料接触，故选择路面材料作为光催化剂固定的载体。二氧化钛是一种能带间隙较宽的新型半导体（n型）材料，由于半导体能带不连续，在波长小于一定范围的光照射下，能吸收能量高于其禁带宽度的波长光的辐射， 产生电子跃迁，形成空穴（h+）电子（e-）对，从而产生活性很强的自由基和超氧离子等活性氧，易将有机物和有害气体催化分解，因此若将纳米二氧化钛添加到路面材料中，在光照条件下，二氧化钛可变为催化剂，将汽车尾气分解为相应的碳酸盐和硝酸盐吸附在路面空隙中，遇下雨天即可随雨水冲走。

分解原理可表示为如下反应式：

■ （1）

■ （2）

■ （3）

1.2 纳米TiO2降解汽车尾气的效果及影响因素 孙立军[4]等在自行研制的试验装置基础上，采用辉绿岩，SBS改性沥青，级配形式为开级配排水沥青磨耗层OGFC。其试验结果表明，向沥青混合料中添加催化剂纳米TiO2两小时后，汽车尾气中的CO化合物的分解率为20%，HC化合物的分解率为16%，NOx化合物的分解率则超过40%，说明纳米二氧化钛对于降解汽车尾气有显著的效果。

影响纳米二氧化钛降解汽车尾气效果的因素主要有以下几种：

①光照强度。孙立军[4]等及谭忆秋[5]通过室内对比试验指出，纳米二氧化钛可以作为光催化剂降解汽车尾气的必要条件是光源。室内白天室外阳光直射及黑暗条件下，催化效能存在较大差异，HC和NOx的降解效能有明显的区别。特别是对于NOx，在紫外线的直接照射下，其降解效能可达80%以上，在室内环境下，降解效能降低到45%左右，而在完全黑暗环境下，几乎无降解效果。

②纳米二氧化钛掺量。都雪静[6]等通过试验研究了不同掺量纳米二氧化钛光对汽车尾气降解效能，试验结果表明，当纳米二氧化钛光催化材料掺量为4%时降解效能最佳。

③纳米二氧化钛掺入方式。孙立军[4]和谭忆秋[5]等对沥青混合料进行的室内试验表明，采用表面涂覆式添加催化剂的降解速率明显高于拌合式。拌合式降解速率下降较慢，对CO、HC和NOx，直接拌和与碾压后涂覆式的降解效果总体相当，拌合式中尽管没有将TiO2置于路面的表面，但沥青膜层较薄，紫外线以及产生的活性氧化物可穿过沥青膜，从而发挥降解汽车尾气的效果，且直接拌合的方式操作简便，而涂覆的方式则存在被车轮带走被风吹散及被雨水带走等风险，在施工中可采用直接拌合的方式掺入催化剂。

④分散度。纳米材料粒径较小，比表面积较大，易出现团聚现象，从而影响纳米二氧化钛的光催化效果，故在沥青混合料中添加纳米二氧化钛时，大多都采用了不同的分散技术，例如分散剂、超声波分散技术等，改善纳米TiO2在沥青中的分散度，增强光催化材料的光降解能力，提高纳米TiO2对汽车尾气中有害气体的降解能力。

⑤其他掺入物。赵联芳[7]等制备了掺Fe3+的纳米TiO2材料，并分析了Fe3+在催化过程中的作用。试验结果表明，Fe3+明显提高了纳米TiO2的光催化性能；在室内自然光作用下对较高质量浓度的氮氧化物均具有较高的光催化效率。通过对TEM照片和XRD谱的分析，从能级理论解释了Fe3+提高纳米二氧化钛催化活性的原因。Yin[8]等利用N和S对纳米TiO2进行掺杂，增强了对可见光的吸收能力，即使在可见光辐照下也能有效降解有毒气体NOx。

2 纳米二氧化钛对沥青及沥青混合料的影响

2.1 纳米二氧化钛对沥青的改性 根据已有的关于填料与基体材料研究可知，颗粒填料对于提高复合材料的各项力学性能有显著影响[9]。纳米二氧化钛作为一种粒径极小比表面积很大的粉体填料，在改善沥青的弹性模量、屈服应力方面具有显著作用。因此，通过添加纳米二氧化钛，以及分散剂等进行二次改性[3][10]来获得优质沥青对于修筑经久耐用的沥青路面具有重大意义。

国内外对于沥青的评价指标有很多，但是由于改性剂的多样化而并未提出适合于纳米改性沥青的通用评价指标。目前，大多数学者仍然选用沥青的三大指标作为纳米改性沥青的评价指标，通过在不同温度下针入度、软化点以及延度的变化损失量来确定最佳的纳米二氧化钛掺量。由于纳米颗粒在沥青中存在一个最大临界体积分数，大于该体积分数，复合材料的性质将发生不利于使用的变化，因此试验中采用的纳米二氧化钛掺量一般都控制在10%以下。

通过对5℃、10℃、15℃温度条件下，对纳米二氧化钛掺量分别由0逐步增加至8%的改性沥青进行针入度、软化点以及延度试验，发现了以下规律[3][11][12][13]：

①随着纳米TiO2掺量的增加，针入度先较小增加后逐步降低，随着紫外线照射时间的增长，添加纳米TiO2的试件的针入度损失率均小于未添加纳米二氧化钛的试件；

②随着纳米TiO2掺量的增加，软化点先降低后逐步升高后又开始降低；添加纳米TiO2对沥青软化点影响很小；但是随着紫外线照射时间的增长，软化点均有所提高，其提高程度小于或基本等于基质沥青；

③随着TiO2掺量的增加，延度逐步降低，当超过4%以后，延度的降低速度加快；紫外线照射下，添加纳米TiO2的沥青其延度损失率有减小的趋势；

④当掺量为1%时，各项指标变化最为明显；且随着纳米二氧化钛掺量的增加，三大指标的变化规律均异于普通改性沥青。

通过三大指标试验以及数据演化规律可以看出，纳米改性沥青具有防御紫外线、辐射抵抗老化的性能。与此同时，杨群等人[3]也通过自制的紫外线老化仪测试残留针入度和残留延度验证了纳米二氧化钛改性沥青的抗老化性能。然而，这也从侧面说明评价沥青性能的三大指标是否依然适用于纳米改性沥青，还需要进行更深层次的研究与探索。

2.2 纳米二氧化钛对沥青混合料性能的影响 鉴于纳米粉体在沥青中的作用效果最终是通过沥青混合料的各项力学性能表现出来的，因此除了上述关于沥青三大指标试验外，众多研究者也测试了掺入纳米二氧化钛粉粒后，沥青混合料的力学性能指标。通过这些数据的变化规律，总结出纳米二氧化钛对沥青混合料性能的影响。

由于研究中所采用的集料级配以及最佳油石比的不同，不同实验得出的实验数据也存在着偏差，本文现将已有文献中各类试验结果归纳为表1，作为参考的依据。

虽然各个试验的实验条件以及基本参数略有不同，但是通过上表以及柱状图依然可以得出以下结论：

①由图1和图2的对比可知，纳米二氧化钛粉粒的掺入，对沥青混合料的马歇尔稳定度、流值均有不同程度的提高，且随着添加剂量的增加产生了小范围的波动；图3中通过与技术要求的比较，说明了纳米二氧化钛掺入后马歇尔稳定度与动稳定度都有所提高，且均满足技术要求，并不影响沥青混合料的路用性能；

②图3中，OGFC排水式开级配磨耗层由于纳米二氧化钛掺入对沥青与石料的粘附性影响较小，因此马歇尔稳定度、动稳定度都有所提高，抗水损坏性能略有下降，但仍能满足规范要求。除此之外混合料的其他性能基本保持不变。

③由于沥青混合料级配不同，采用的沥青种类不同，为了试验结论的准确性，本文并没有对图1、图2、图3进行纵向比较。从上述实验结论及观点可以看出，纳米二氧化钛加入沥青中确实会对其物理化学性能产生一定的影响。

沥青常规试验（如软化点、针入度、延度的试验）的变化趋势具有一定的规律，沥青混合料的基本性能指标也均满足技术要求，对其路用性能的影响也可以通过调整纳米二氧化钛的掺量使得不利影响降到最低。然而，一个值得深入思考的问题是这些适用于聚合物改性沥青的评价指标，是否同样适合评价纳米二氧化钛改性沥青的基本性能，还有待深入研究验证[14][15][16]。

3 结论

①纳米二氧化钛的能带不连续，在光照条件下能吸收能量发生电子跃迁，并形成空穴电子对，产生强活性的自由基和超氧例子等活性氧，可用催化降解汽车尾气，且其降解效果与光照条件、纳米二氧化钛掺量、纳米二氧化钛掺入方式，分散度以及其他掺入物有关；利用以后可在开发能高效吸收分解尾气的矿物负载耦合型光催化材料以及研制尾气测试评价系统等方面深化。

②纳米改性沥青具有防御紫外线、辐射抵抗老化的性能，加入纳米二氧化钛之后，沥青常规试验（如软化点、针入度、延度的试验）的变化趋势具有一定的规律，沥青混合料的基本性能指标也均满足技术要求，对其路用性能的影响也可以通过调整纳米二氧化钛的掺量使得不利影响降到最低。

4 展望

①利用纳米二氧化钛催化分解汽车尾气以及改善沥青性能等方面的研究在我国尚处于初步阶段，以后可在激活纳米二氧化钛催化活性、选择良好载体、与其他材料联合降解空气污染物等方面加强研究；

②沥青常规试验如软化点、针入度、延度这些适用于聚合物改性沥青的评价指标，是否同样适合于评价纳米二氧化钛改性沥青的基本性能需要材料专家的研究与验证，此外，纳米二氧化钛加入改性沥青中，在沥青混凝土路面铺筑完成之后，是否具有净化汽车尾气的效应需要得到进一步的试验验证。

参考文献：

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纳米二氧化钛篇4

【关键词】 吊兰 乙醇浸提法 二氧化钛 水解法 光触媒

光触媒是一种纳米级的金属氧化物材料，一般为二氧化钛，可以在紫外线的作用下，产生强烈催化功能：能有效地降解空气中有毒有害气体、灭多种细菌。目前纳米二氧化钛光触媒是目前最常用的治理各类室内空气污染的方法，可以将甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨等有害挥发性有机物（TVOC）、污染物、臭气、细菌等分解成无害的H2O和CO2，光触媒在光的照射下，会产生类似光合作用的光催化反应，产生出氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，具有很强的光氧化还原功能，可氧化分解多种有机化合物和部分无机物，具有极强的杀菌、除臭、防霉、防污自洁、净化空气功能。

吊兰对室内甲醛等污染气体有较强的净化作用，因为其本身释放出大量的负离子，对有污染性的甲醛、苯、甲苯均等有较强的吸附效果的功效。除净化空气外，吊兰还可化痰止咳、散瘀消肿、清热解毒，具有较高的药用价值，并可以起到气味遮盖作用，给人心旷神怡的感觉。本文拟采用乙醇浸提吊兰提取液与纳米二氧化钛制备相结合，对室内空气中甲醛等污染物进行治理，并比较在模拟室内装修的环境下，即20℃、相对湿度48.0%时复合型光触媒与非复合型纳米二氧化钛光触媒喷液处理4.20mg/m3的挥发性有机化合物（TVOC）的去除效率，并对复合型光触媒净化效果进行初步研究。[1]

1 实验部分

1.1 实验原料和试剂

吊兰（购于大连金三角花卉市场），硫酸铵，氨水，无水乙醇（分析纯，成都市科龙化工试剂厂），四氯化钛（化学纯，成都市科龙化工试剂厂）， 超纯水。752型紫外光栅分光光度计（上海元析仪器厂），RE-5220型旋转蒸发仪（上海鑫培仪器设备有限公司）， S-25型pH酸度计（北京三联公司），Q3200超声波清洗器（苏州江东精密仪器有限公司），HG23-SH-2磁力搅拌仪（北京北信未来电子科技中心），1700度箱式高温电热炉（南阳市鑫宇电热元器件制品有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 吊兰浸提操作

将收集到的吊兰植株用去离子水洗净，擦干备用。称取20g吊兰于研钵中研磨成汁，加入过量的75%乙醇水溶液浸泡15min，用120W，40kHz的超声波清洗器，进行30min的超声波处理，5000r/min 离心5min[2]，滤液在75℃下使用RE-5220型旋转蒸发仪蒸发除去乙醇，剩余液体经0.3μm的微滤膜过滤，收集于200ml的容量瓶中[3-4]，使用pH酸度计测量提取液的酸碱值。

1.2.2 四氯化钛水解法制备光触媒喷液

用四氯化钛（化学纯）为原料，冰水浴条件下将其溶于配置的5%硫酸铵水溶液，于70℃下恒温水解，然后用1：5稀释后的稀氨水中和至pH值约为7[5]（呈中性），用于制备纳米二氧化钛，详细工艺流程见参考文献[6]。将收集的纳米二氧化钛粉体与分散剂、超纯水和添加剂按30：1：100：0.1配比混合，使用磁力搅拌半小时，而后超声分散一小时，得到的液体经0.2μm的微滤膜过滤，制得纳米二氧化钛的单分散清液[8-9]。再依照专利方法制备光触媒喷液[10]，并使用90plus纳米粒度仪（美国布鲁克海文公司），对纳米二氧化钛喷液进行粒径测试。

1.3 正交优选复合型光触媒喷液的配比

为了保证喷涂后颜色的浅绿色残留较少，所以尽量多的使用纳米二氧化钛光触媒喷液，而少取用吊兰提取液，并通过以往的施工经验将喷液与提取液的配比分为A.B.C.D.E五组体积比分别设置为9：1，8：1，7：1，6：1，5：1，进行与之前相近的离心、超声和搅拌操作，以保证混合后溶液的均匀性。同时设置对照组F气配比设置为喷液：超纯水=5：1。忽略混合后溶液体积的变化，将这六组分别进行吸收有害气体的检验，初步比较得出较优的复合型光触媒配比组合。

1.4 光触媒吸收有害气体试验

1.4.1 试验原料和试验条件

苯、甲苯、二甲苯、乙苯、乙酸丁酯、苯乙烯（分析纯，成都市科龙化工试剂厂），配制好的A.B.C.D.E和等体积浓度非复合型光触媒F。试验温度20.0℃、相对湿度48.0%，密封PP透明箱（箱体大小1m3，密闭，配有风扇），玻璃板、表面皿（大连沈天化玻仪器有限公司）。

1.4.2 试验方法

（1）光线充足条件；在环境试验箱中，将分析纯的苯、甲苯、二甲苯、乙苯、乙酸丁酯、苯乙烯溶液各1.0ml分别放在表面皿中，在透明箱内日常挥发24小时。将涂有A.B.C.D.E复合型光触媒、非复合型光触媒F和吊兰提取液的表面积为1.5m3的玻璃板放置在试验仓的中央位置，然后迅速采集气体样品，记为初始浓度。模拟正常室内环境，在阳光充足处日常放置48小时，再采集试验仓内气体样品，记为48小时浓度。

对采集的样品依据GB50325-2001《民用建筑工程室内环境污染物控制规范》、GB11737-89《居住区大气中苯、甲苯和二甲苯卫生检验标准方法---气相色谱法》检测空气样品中的甲醛、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、乙酸丁酯以及总挥发性有机化合物的浓度。根据样品中总挥发性有机化合物的浓度。并根据总挥发性有机化合物的浓度的变化，计算出光触媒的去除效率[11-12]。

（2）光线较暗条件；调节光线强度，主要为紫外线的强度，使用白色厚纸板遮挡住试验箱一半的表面积，使试液接收紫外线的量减弱，模拟光线不足的治理环境，并重复上述实验[11]。

1.4.3 去除效率的计算

通过送样使用GC7890A型气相色谱仪（美国安捷伦科技有限公司）对反应前后的气体进行检测和分析，得到反应前后的初始和48小时总挥发性有机物（TVOC）的浓度，并根据下式求得各样品的去除效率。

2 结果与讨论

2.1 吊兰提取液基本的物理化学性质

2.1.1 物理性质

提取液呈极淡草绿色，为透明液体，粘稠性小，有淡乙醇气味和极淡的青草香味。熔沸点未予测出，可溶于水，易溶于乙醇和乙醚。

2.1.2 化学性质

pH酸度计在6左右，有弱酸性，能发生缓慢的自然氧化，氧化反应生成物尚不明确。

2.2 纳米二氧化钛的粒径测试结果报告

（图1）为使用90plus纳米粒度仪（美国布鲁克海文公司）对纳米二氧化钛喷液进行粒径测试的测试结果，由测试报告可以看出做得到的纳米二氧化钛的粒径在1.0nm-1.5nm之间的数目超过了90%，属于具有极强光催化效果、较为理想的二氧化钛光触媒喷液。

2.3 复合型、非复合型光触媒与提取液的去除效果

使用GC7890A型气相色谱仪（美国安捷伦科技有限公司）对反应前后的气体进行检测记录，得到反应前后的初始和48小时总挥发性有机物（TVOC）的浓度，并得到各样品在光线充足（如表1）和光线较暗（如表2）的去除效率[11-12]。

2.4 去除率总体趋势曲线

将以上两表所得去除效率数据，按纳米二氧化钛浓度从低到高，提取液浓度由高到低的顺序绘制出去除速率总体趋势曲线（如图2）。

3 结语

该复合型光触媒溶液提取物可更有效治理室内空气中的甲醛，苯，乙酸乙酯等挥发性有机物所造成的室内空气污染。治理后的总挥发性有机物残留率低，几乎无刺激性气体的残留。在光线充足的室内条件下，吊兰提取液和非复合光触媒喷液的配比控制在1：5-1：6 之间时，该复合型喷液去除效率最高可达93%。

在光线充足时，原纳米二氧化钛光触媒喷液有极强的光催化特性，吊兰提取液的光催化增强作用并不明显，但是吊兰提取液的增加，可以减轻人们对异味的不适感，起到了空气清新剂的作用，并发挥了一定的药用价值。但同时又区别于空气清新剂。空气清新剂多由乙醚、香精等成分组成，此类物质在空气中化学分解之后产生的气体某些成分本身为空气污染物，加剧了室内空气的污染程度，长期使用对人体会产生不良刺激[13-15]。

在光线较暗时，吊兰提取液可以有效的提高总挥发性有机物的去除效率。原因分析：

（1）由于提取方法采用的是乙醇低温超声浸取，并未破坏吊兰植株本身所含有的大量负离子，负离子不仅可以使室内空气中的细菌和挥发性刺激性气体分子相结合，沉降后再通过二氧化钛的催化氧化作用生成水和二氧化碳，进而达到净化目的。（2）提取液中有大分子化合物分子结构复杂，呈空间网状结构或晶体排布，间隙与甲醛、氨、苯和二甲苯的分子直径相近，因此可以有效吸附甲醛、苯、TVOC等有害气体。

需要注意的是，由于吊兰提取液的加入，可能会导致新配置的复合型光触媒的存放和使用时限有诸多限制，后续试验会通过其他防腐剂等添加剂的加入对其改善。现阶段的使用还是以现用现配为主，并避光低温保存。

吊兰提取液只是作为诸多绿植的一种，具有良好的净化性能和清洁作用，而且植物复合型光触媒的制备也为光催化发展提供了新的方向。另需要说明的一点是，光触媒只是作为一种室内装修污染的手段被广泛使用，但是仍不排除有少量总挥发性有机物的残留以及甲醛在从家具中的缓慢释放，因此我们仍需要保证必要的开窗通风，以保持室内空气清洁。最后再次感谢大连奥德尔科技所给予的支持和帮助。

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纳米二氧化钛篇5

1.1纳米技术及纳米材料简介纳米材料通常是指粒径在1nm到100nm之间的材料，这种材料通常具备特殊的物理化学性质，而纳米材料加入其它物质中往往会改变其它物质的性质，这种纳米材料改变其它材料性质的技术称为纳米技术。纳米材料因其粒径过小而具有界面效应、小尺寸效应以及宏观量子隧道效应等，从而改变了材料的性能，并影响了其它物质的性能。从物理学角度解释是：纳米粒度过小，其表面就占有了很大的比例，当粒度小于10nm时，材料表面的原子占材料原子总数的三分之一以上，处于表面的原子与内部的原子所处的化学环境完全不同，就会表现出一些特殊的物理化学性质，叫做表面相。在大块材料中，由于处于表面的原子远小于体内原子，所以表面相很难表现，而纳米材料的表面相现象就十分明细，如：在催化过程中，粒度表面结构的变化、表面的吸附以及表面的扩散等。实践证明：当材料达到纳米尺度时，材料的表面相会影响到材料的性质。除此之外，纳米材料中的电子相关性很强、能级分裂和电子布局的改变，量子隧道和输运的不同以及材料中的激发态都会影响纳米材料的性能。

1.2纳米材料对涂料性能的影响分析目前在涂料生产领域使用的涂料有纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌等半导体材料，这些材料具备一些其它材料不具备的性能，如光电催化特性、吸收特性、光电特性等，下面以纳米二氧化硅和纳米二氧化钛为例，研究纳米材料对涂料性能的改变。纳米材料对白色涂料的影响试验：将经过表面处理的纳米二氧化硅、纳米二氧化钛分别做成含纳米材料不同含量的白色涂料（0、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%），各制作出12块标准的人工老化试样板，然后各取其中6块含纳米二氧化硅或纳米二氧化钛不同的进行耐紫外老化试验，另外的6块作为对比样板，最后使用尼康分光光度计测其颜色变化情况。

试验的结果分析发现：在苯丙涂料中加入0.5%-2.0%的纳米二氧化硅或二氧化钛，涂膜的老化速度明显变慢，说明纳米二氧化硅或二氧化钛对紫外光有着很好的屏蔽作用；作为对比，含有乳化漆抗紫外防老化分散液涂料的老化速度与含有纳米材料的涂料类似，也说明了纳米二氧化硅和二氧化钛有着很好的吸收紫外线的作用。纳米涂料耐老化机理分析：耐老化性能是衡量涂料好坏的一种重要性能，紫外线是导致涂料老化的一种电磁波，波长200-400nm，紫外线的波长越短，能量越强，对涂料的损坏也越大。纳米二氧化钛能够引起紫外线的散射，从而实现屏蔽紫外线的作用，而粒径是影响其散射能力的主要因素，经过试样验证得知，二氧化钛在水中屏蔽紫外线的最佳粒径是77nm，即锐钛型纳米级二氧化钛，因此采用锐钛级二氧化钛是提高涂料耐紫外老化性能的最佳粒径。

1.3纳米材料在涂料中的应用纳米材料在涂料生产中应用非常广泛，按功能分通常分为结构涂层和功能涂层，结构涂层是通过提高基体的性质或改性，如超硬、抗氧化、耐热、耐腐蚀等，功能性涂层是指赋予基体所不具备的其它性能，如消光、导电、绝缘、光反射等，在涂料中加入纳米材料可以更好的提高涂层的防护能力，如防紫外线、抗降解、变色等。目前已经投入生产使用的涂料研究成果有很多，其中最为典型的是光催化涂料和特殊界面涂料。光催化涂料的工作原理是：某些纳米材料在光照条件下对有害物质的降解有着很好的催化作用，利用这种催化作用原理研制成纳米光催化涂料，如：利用特殊处理的纳米二氧化钛与纯丙树脂配制成的光催化涂料，这种涂料对氮氧化物、油脂、甲醛等有害物质有着很好的催化降解作用，其中对氮氧化物的降解效率超过了80%。

特殊界面涂料是指通过树脂与纳米材料的特殊复合后的涂料，会表现出一些特殊的物理化学性能，如疏水、疏油等，这些特殊性能是衡量涂料质量的重要指标之一，对提高涂料的耐污染性能至关重要，目前存在的有超双亲界面物性材料和超双疏性界面材料。研究证明，通过有效的光照改变纳米二氧化钛的表面，可以形成亲水性和亲油性两相共存的界面，称为二元协同纳米界面。这样处理后的具有超双亲性的二氧化钛表面，用作玻璃表面或建筑物表面，可以是建筑物表面和玻璃表面具有自动清洁和防止烟雾的效果。超双疏性界面物性材料则是利用特殊的外延生长纳米化学方法在特定表面构建纳米尺寸几何形状互补的界面结构，这种构造方法是自下而上，由原子到分子、分子到聚集体的方式构建的，最终形成的凹凸相间界面的低凹表面可以吸附气体分子稳定存在，而这种稳定存在在宏观上表现为界面表面有一层稳定的气体薄膜，从而使材料表现出对水和油的双疏性。采用这样的表面涂层修饰输油管道，可以达到石油和管壁的无接触运输，很好的保护输油管道的安全。纳米材料对涂料性能的影响还有很多，如可以提高涂料触变性、高附着力、储存稳定性等，还有研究人员发现，纳米材料与树脂结合时可以形成的大量共价键，当纳米材料的含量达到30%以上时，涂料膜会具有高强度、高弹性、高耐磨性等特性，但其研究成果还需要进一步验证。纳米技术还属于新型技术，其在涂料要的应用还需要进一步的研究和探索，随着纳米技术的改性特点被不断的开发，在不久的将来必然有更多的纳米技术与涂料结合的成果出现。

2结束语

纳米二氧化钛篇6

关键词：高效空气过滤器纳米氧化钛纳米银驻极体

1.引言

2003年春天那场席卷全球的SARS疫情给人们留下的不仅仅是教训和警示，更多的则是人类应该如何去防御疾病的侵袭，如何去预防，去医治这些危害人类健康生存的疾病。今天，“健康”的概念已经进入人类生活的方方面面，自然“健康”也成了暖通空调专业研究、开发、制造的重点，空气净化技术受到了人们特别的关注。

在诸多空气净化技术中，应用最广、最成熟、最无异议的可能就是空气过滤器。无论是国外，还是国内，空气过滤器已经发展到很高的水平，足以应付各种需要，在很多时候，空气过滤器成了唯一的最安全的、最有效的防御手段，这点从SARS疫情传播期间，以及其后出台的一系列文件、措施和标准中就能清楚地看到这一点。但是，目前在使用空气过滤器的过程中，困扰人们的是，如果要获得理想的高过滤效率，就不得不付出一定的代价去对付高阻力带来的一系列问题，能耗问题、噪声问题、风机选型问题等等。另一方面，高效率的空气过滤器拦截了空气中的，灰尘、细菌、病毒和微生物，可是沉积在过滤器上的微生物如果不及时加以处理，将产生严重的二次污染，因此不得不采取其他措施，由此又产生了一系列新问题。

本文研究的重点，就是企图从目前国内外已经进入市场的诸多空气净化技术中筛选出若干成熟的、有效的、价格便宜的技术组合成一种新型空气过滤材料，解决上述问题。

2.空气过滤器的阻力

根据空气过滤器的两个国家标准[1，2]，我国空气过滤器分类可参见表1[3]。

表1给出了各种空气过滤器的初阻力，在实际应用中，必须考虑空气过滤器的终阻力，所谓终阻力，即“指在额定风量下由于过滤器积尘，而使其阻力上升并达到规定值。一般为初阻力的2倍。”[4]。表2给出了空气过滤器的终阻力建议值[5]。

表1我国空气过滤器分类

额定风量下的效率

（%）

额定风量下的初阻力

（Pa）

注

粗效

中效

高中效

亚高效

粒径≥5μm，80<η≥20

粒径≥1μm，70<η≥20

粒径≥1μm，99<η≥70

粒径≥1μm，99.9<η≥95

≤50

≤80

≤100

≤120

效率为大气尘计数效率

高效A

B

C

D

η≥99.9

η≥99.99

η≥99.999

粒径≥0.1μm，η≥99.999

≤190

≤220

≤250

≤280

A、B、C三类效率为钠焰法；D类为计数效率

表2空气过滤器终阻力的建议值过滤器类别

建议终阻力（Pa）

粗效

中效

高中效

亚高效

高效与甚高效

100～200

250～300

300～400

400～450

400～600

高中效以上的空气过滤器，为了延长其使用寿命，一般都需要前置粗效和中效过滤器，由表1和表2可以看出，当采用3级空气过滤器串联时，空气过滤器的阻力就相当可观。如果空气过滤器用于空调系统，再加上表冷器、加热器、加湿器等空气处理设备和风道的阻力，不但导致能耗高、噪声大，很多时候连风机选型都有困难。因此空气过滤器的阻力一直是空调设计人员面临的一个难题。

3空气过滤器污染问题

在不考虑上述阻力，以及由于阻力过高引起的其他问题时，现行的空气过滤器几乎可以拦截空气中所有的物质，包括灰尘、细菌、病毒和微生物。抗御SARS疫情期间，美国推出的抗SARS空气过滤器，对于0.025～0.027μm的细菌和病毒完全可以过滤掉，过滤效率高达99.9%[6]。

最近几年美国研究人员在进行室内空气质量研究过程中发现，沉积在过滤器上的微生物如果不及时加以处理，将产生严重的二次污染。图1是全美著名的美国宾夕法尼亚大学大气生物工程研究所报道的空调机组内空气过滤器被污染的情况[7]。

目前防止空气过滤器被污染，基本上都是采用辅助措施，其中紫外线灯是应用最广，也是最成熟，最有效的一种措施[7]。但是随之产生的一系列问题：①一次投资增加；②需要有足够的安装空间；③设计计算方法必须正确；④寿命问题（国产管寿命只有2000小时，进口管4000小时）等都影响到紫外线灯的广泛使用。最近低温等离子体也开始在空调系统中与空气过滤器一起使用，但是实际效果如何还有待工程验证，目前价格过重的影响到这一先进技术在空调系统中的推广。因此，寻找防止空气过滤器二次污染的措施，灭杀沉积在过滤器上的有害微生物是一项值得深入研究的课题。

图1空调机组内被污染的空气过滤器

4驻极体静电过滤材料

驻极体静电合成纤维过滤材料是对聚丙烯纤维在熔喷制造过程中进行静电充电，使其成为静电型驻极体熔喷非织造布（滤纸），纤维直径为2～5μm。这种过滤材料除了利用传统空气过滤材料的过滤机理外，同时利用荷电纤维的库仑力去实现对微粒的捕获，因此效率增加，阻力下降[8]。目前国际上有预防病毒功能（包括SARS病毒）的手术口罩（N95、N97、N99）中就采用了这种过滤材料，美国2003年4月推出的抗SARS空气过滤器中也采用了这种材料[7]。

由于这种滤料，效率高、阻力低、价格便宜，因此，笔者首先将这种材料用于一般空调通风用空气过滤器中，当迎风面风速为0.5m/s时，对0.5μm的灰尘过滤效率可以达到95%以上，空气阻力只有40Pa，是传统的柜式空调机组空气过滤器（一般为尼龙网）无法相比的。这种空气过滤器已经在大型商场、超级市场、医院空调系统应用近10年，取得了很好的空气净化效果[8]。

对生产工艺加以全面改进，目前已能生产钠焰法效率达到99.9999%的驻极体静电过滤材料，同时也解决了这种过滤材料存在的均布性较差和强度不高的缺点，为高效空气过滤器提供了一种理想的过滤材料。驻极体静电合成纤维过滤材料的产品化很大程度上解决了空气过滤器效率与阻力的矛盾。

5抗菌材料的选择及存在的问题

目前国际上用于空调抗菌的材料主要有：①纳米氧化钛光催化材料；②纳米银；③冷触媒；④生物酶；⑤儿茶素等。对这些抗菌材料进行广泛的调查，发现除了光催化和纳米银这两种材料以外，其他几种材料或是性能未能确认，或是技术只是属于某一家公司所有，所以决定选择纳米氧化钛和纳米银作为空气过滤器的抗菌试验材料。

纳米氧化钛和纳米银的抗菌、除臭的机理，国内外已有相当多的文献进行了详尽的报道，近年来，国内暖通空调杂志也有多篇文章进行了综述，在此不再重复。虽然这两种材料国际上已有成熟产品，目前仅日本就有1000多家生产光催化纳米氧化钛材料的公司[9]，国内的生产厂也有如“雨后春笋”，但是毕竟良莠不齐、鱼目混珠，真假难辨。

对于光触媒二氧化钛，目前存在的主要的问题是：①光触媒二氧化钛是微粒状的物质，粒子的颗粒愈小时，其表面积愈大，能吸收的光能越多，效果也越好。通常二氧化钛需要在纳米级，才能有足够的表面积进行光触媒反应。但颗粒越小所需要的制作成本越大，现在有些制造厂为了降低成本而采用微米级的光触媒，效率大打折扣，因此第一步必须从国内近百家生产厂中选择合格的产品，困难很大[10]；②太阳能利用率低，大部分光触媒二氧化钛必须有紫外线光照射才能起作用，目前在普通日光下，甚至是黑暗条件下也能抗菌的纳米氧化钛材料已经研制成功，但需要进一步验证[9，10]；③负载技术，纳米氧化钛产品为粉体状，因此寻找既能保持高催化活性又能维持负载材料的物性，而且能均匀、牢固地使催化剂固定在负载材料表面的技术是十分困难的[10]。

纳米银材料存在的主要问题除了其抗菌不需要光催化外，其他与光触媒二氧化钛相同。

6光催化驻极体静电空气过滤器研制及试验结果

为了解决上述问题，对国内和国外多种纳米氧化钛和纳米银材料进行了调查，从中各选择了3种产品，送交广东省微生物分析检测中心进行检测，根据GB15979-2002等标准、规范规定的测试方法[11-13]进行了抗菌性能测试。测试结果表明，虽然经过筛选，最后确定的6种材料的抗菌性能仍有一定的差异。对纳米氧化钛的太阳能利用率同时进行了测试，作为综合指标进行了筛选，发现国内开发的普通光型纳米氧化钛的抗菌效果已经接近光催化型纳米氧化钛。在上述测试的基础上，进行了负载技术研究。参考国内外研究成果，最后决定，对纳米银材料采用合成法，即按一定比例将聚丙烯纤维切片与纳米银粉体混合，然后进行熔喷和静电充电，生成纳米银驻极体静电过滤材料；对于纳米氧化钛则配制成快干溶液，这种溶液具有很好的附着力，采用高压喷雾法，可以均匀附着在驻极体静电过滤材料上。表3是3种合成材料的抗菌性能测试结果，分别是①纳米银驻极体静电过滤材料；②纳米氧化钛驻极体静电过滤材料；③纳米氧化钛、纳米银驻极体静电过滤材料。

表3抗菌材料分析检测结果（细菌含量单位cfu/cm2）材料编号

检测内容

大肠埃希氏菌

金黄色葡萄球菌

①

“0小时”接触的细菌含量

2.5×105

“8小时”接触的细菌含量

8.0×105

抗菌率（%）

无

“0小时”接触的细菌含量

2.5×105

6.0×105

“24小时”接触的细菌含量

3.8×104

3.8×104

抗菌率（%）

84.8

36.67

②

“0小时”接触的细菌含量

3.0×105

“8小时”接触的细菌含量

4.5×103

抗菌率（%）

85.13

“0小时”接触的细菌含量

2.5×105

6×104

“24小时”接触的细菌含量

<10

<10

抗菌率（%）

99.996

99.98

③

“0小时”接触的细菌含量

3.0×105

“8小时”接触的细菌含量

10

抗菌率（%）

99.93

“0小时”接触的细菌含量

2.5×105

6×104

“24小时”接触的细菌含量

<2

<2

抗菌率（%）

99.999

99.997

检测结论是纳米氧化钛驻极体静电过滤材料和纳米氧化钛、纳米银驻极体静电过滤材料在普通光线下均具有很强的抗菌作用。由于空气过滤器的抗菌功能不是要求杀灭流动空气中的微生物，而是需要杀灭沉积在过滤器上的微生物，因此以上抗菌材料中的后面两种都满足要求。至于纳米银合成的过滤材料为何抗菌率不高，原因不清，可能试验所选择的材料有关。不过，根据国内的研究报告可以看出，国内的纳米银无纺布具有很强的抗菌能力，因此建议采用低阻力纳米银无纺布作为粗效空气过滤器，与纳米氧化钛、纳米银驻极体静电过滤材料制造成高效过滤器联合使用。

采用纳米氧化钛、纳米银驻极体静电过滤材料制造成高效过滤器的过滤效率测试结果如表4所示。

表4纳米银驻极体静电高效过滤器测试结果名称

测试结果

规格尺寸/mm

500×600×150

风量/m3/h

500

面风速/m/s

0.5

过滤效率/%

99.99

空气阻力/Pa

62

7结论

提高空调系统防御疾病传播的功能，改善空调房间的空气品质，是当前暖通空调专业人员一项义不容辞的责任和义务。将国内外先进的过滤材料制造工艺，与确实可靠的抗菌材料有机的结合在一起，是研制新型高效、低阻力、抗菌过滤材料的一种行之有效的途径

笔者研制成功的纳米氧化钛、纳米银驻极体静电过滤材料具有很强的抗菌作用，采用这种材料制造的空气过滤器效率高、阻力低、价格便宜，解决了长期以来，空气过滤器阻力大、二次污染的难题，为改善室内空气品质，防止疾病的传播提供了一种实用的产品。

参考文献

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[11]GB15979-2002.产品抑菌和杀菌性能与稳定性试验方法.

纳米二氧化钛篇7

tio2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+),如图1所示。tio2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+则可氧化吸附于tio2表面的有机物或先把吸附在tio2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。

二、纳米tio2光触媒的特点

纳米tio2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)作用广谱,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,二氧化钛不参与反应,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,由于纳米二氧化钛本身不释放出有害物质且本身不参与反应,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。

三、纳米tio2光触媒在建材领域中的应用

(一)光触媒涂料

1.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、长效的抗菌、杀菌能力,是受到人们关注的新型矿物功能材料[1]。纳米tio2涂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。徐瑞芬等[2]将实验室自制的抗菌纳米tio2添加于苯-丙乳液中,经表面处理的抗菌纳米tio2在乳液中能够均匀分散,可充分发挥纳米tio2的杀菌作用。

纳米tio2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[3]在玻璃上涂一薄层tio2,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本身无毒、无味、对人体安全无害,可将纳米tio2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,起到杀菌消毒的效果。

2.净化空气涂料

城市大气中氮氧化物(nox)及硫氧化物(sox)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配制成光催化净化大气环保涂料,利用tio2光催化剂产生活性氧,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光催化方面的应用得到了快速发展,日本通用汽车公司donald beek等研究纳米tio2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tio2除去的量大5倍。更值得注意的是在暴露7h后,纳米tio2除出硫的速度仍相当高,也就是说用纳米tio2作为涂料助剂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制得的净化空气涂料也相应而生,邱星林等人[4]发现,采用有机硅树脂与纳米tio2复合而成的光催化涂料在太阳光照射条件下,可有效的降解大气中的nox,反应如下:

tio2 + hv(e>ebg) e- + h+ ;

o2 + e- o2- (活性氧);

no2 + oh hno3 ;

no + ho2 hno3

杨阳等[5]利用纳米二氧化钛配制水性涂料,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复合涂料可以有效地分解甲醛。林劲冬等[6]用fe3+的丙酮溶液对商品锐钛型二氧化钛进行浸渍改性,制得fe-tio2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。

(二)自清洁玻璃

纳米二氧化钛篇8

论文摘要：以廉价、易得的四氯化钛为原料，利用溶胶一凝胶法制备二氧化钛，工艺过程简单、易控制、污染少，是一种制备二氧化钛的理想方法。以制备出的二氧化钛为光催化剂降解Cr(VI)，研究了的重铬酸钾溶液的pH值、重铬酸根离子的初始浓度、催化剂的用量，催化反应时间等因素对重铬酸根离子降解率的影响。结果表明，在pH=2.5时，光催化反应速度最快；随着催化剂用量的增加，反应速度加快；催化反应时间延长，降解率增加；当反应时间足够时，重铬酸根离子初始浓度对过程影响不大。

目前，制备二氧化钛的方法很多，分类方法也有所不同。根据物理性质，分为气相法、固相法和液相法。气相法制备出的TiO2纯度高、分散性好、团聚少、比表面活性大，但是气相法的反应要求在高温条件下瞬间完成，对反应器的选择、设备的材质，加热方法等均有很高的要求，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。与气相法相比，液相法具有原料廉价、无毒、常温下可以反应、工艺过程简单、易控制、污染少、产品质量稳定等优点[3-4]。因此，以廉价、易得的四氯化钛为原料，利用溶胶一凝胶法制备二氧化钛是一种具有工业发展潜力的理想方法。

含铬废水主要来源于制革、电镀及铬盐生产等行业排放的废水，其中废水中的Cr(VI)能在环境或动植物体内蓄积，Cr(VI)的毒性是Cr(III)的100倍左右，如果过量摄入，会对人体健康和动植物的生长产生不利影响。鉴于排放的铬特别是Cr(VI)对人体和水生生物体危害极大，世界各国都对排放铬的含量进行了严格的限制。目前，对含铬废水的处理主要采用生物法、离子交换法、化学法等方法。其中生物法出水水质好、污泥量少、但处理成本太高，普通化学法的出水水质差，污泥量多[9]。

二氧化钛是环境友好型光催化剂，用它来处理含铬废水具有低能耗、易操作、无二次污染等特点。二氧化钛光催化降解Cr(VI)属于光还原反应，利用光催化反应技术将Cr(VI)还原成Cr(III)，进而将Cr(III)转化为Cr(OH)3沉淀从溶液中分离出来，从而达到降解含铬废水的目的。

1.实验原理

1.1溶胶一凝胶法制备二氧化钛的原理

将四氯化钛加入乙醇的水溶液中，让TiCl4水解后再加入含羟基或可释放出羟基的化合物（本实验用氨水），使其缩合，逐渐凝胶化后经干燥和煅烧可得二氧化钛粉末，反应如下：

水解反应：

TiCl4 + 4C2H5OH = Ti(OC2H5)4 + 4HCl

Ti(OC2H5)4 + 4H2O = Ti(OH)4 + 4C2H5OH

煅烧反应：

Ti(OH)4 = TiO2 + 2H2O

1.2二氧化钛降解Cr(VI)的机理

二氧化钛降解Cr(VI)属于光还原反应，利用光催化反应技术将Cr(VI)还原Cr(III)，进而可将Cr(III)转化为Cr(OH)3沉淀从溶液中分离出来，达到把Cr(VI)从水中分离的目的。

当TiO2受到能量大于禁带宽度的紫外光照射时，价带上的电子跃迁到导带上，从而产生高活性的光生电子（e-）和空穴（h+）对。光生电子（e-）有很强的还原性，能够把Cr(VI)还原成Cr(III)，而水得到价带上的空穴而发生氧化，其反应为：

TiO2 + hr TiO2 (e-+ h+ )

14H+ + Cr2O72- + 6e- 2Cr3+ + 7H2O

6H2O + 12h+ O2 + 12h+

Cr3+ + 3OH- Cr(OH)3

2.实验设备及试剂

2.1实验设备

电磁搅拌器，烘箱，高温炉，pHS-3C型酸度计，UV –754型分光光度计(上海箐华科技仪器有限公司)。

2.2实验试剂

99.9%的四氯化钛（分析纯）（天津市科密欧化学试剂有限公司），28%的氨水，97%的乙醇（洛阳市化学试剂厂），0.1mol/L的浓硫酸，0.1mol/L的氢氧化钠，0.1mol/L的硝酸银溶液，去离子水，二次蒸馏水。

重铬酸钾溶液: 准确称取0.0866g重铬酸钾置于烧杯中，加入少量水搅拌溶解后，定量转移到1L容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

3.实验方法

3.1二氧化钛的制备方法[1]

取100ml乙醇和25ml去离子水混合均匀，将1.5ml的四氯化钛用干燥的滴管吸取，缓缓加入100ml乙醇和25ml去离子水的混合溶液中。

为促进其水解缩合反应的进行，再在溶液中加入28%的氨水，并且为防止二氧化钛团块的产生而导致氯离子不易除去，以逐滴的方式加入28%的氨水，并不断的搅拌，此时会有白色沉淀生成，直到溶液的pH值上升到7-8时，停止加入氨水。

用抽滤器过滤溶胶三次，在过滤中加入去离子水洗涤沉淀数次，以除去氯离子，将过滤过的白色沉淀物置于烘箱中干燥去水，烘箱的温度设定为65℃，干燥后研磨成粉。

将研磨后的粉末置于高温炉中煅烧通入空气，以100℃/h的速率加热至600℃。保持温度1h后自然降至室温，再将颗粒研磨成粉末。

3.2二氧化钛降解重铬酸根离子的实验方法[8]

在自制的光催化反应器中进行反应，光催化反应器为三层圆筒形玻璃容器，内套管内通有冷却水，外套管为恒温水槽，内外套中间为反应器，反应器内控制溶液的温度为(30±1)℃。取重铬酸钾溶液，调节溶液的pH值为2.5，加入一定量二氧化钛，搅拌10min左右使之分散均匀，固定搅拌速度为300r/min。日光灯照射下反应一段时间，静止分层后取上清液用UV-754型分光光度计于370nm处测定吸光度，对照工作曲线计算其降解率。计算公式如下：

E = ( C 1- C 2) / C 1×100 %

式中： E —降解率，%；

C 1 —处理前Cr (Ⅵ)浓度，mg/ L ；

C 2 —处理后Cr (Ⅵ)浓度，mg/ L ；

在实验过程中，调节重铬酸钾溶液的pH值、重铬酸根离子的浓度、二氧化钛的用量以及光催化反应时间，研究这些因素对重铬酸根离子降解率有何影响。

4. 实验结果与讨论

4.1 重铬酸钾溶液的pH值

取一组重铬酸钾溶液100ml，用硫酸或氢氧化钠调节溶液的pH值分别为2、2.5、3、4 、6，分别加入1.0g二氧化钛，反应温度为30℃，反应时间为100min，Cr(VI)的降解率见表1。

表1 不同pH值条件Cr(VI)的去除效果 Table 1 Different pH value condition to Cr(VI) removes the effect

由表1可知，随着重铬酸钾溶液pH值的升高， Cr(Ⅵ)的降解率逐渐降低，在pH值为2.5时，Cr(VI)的降解率最大。主要原因是二氧化钛光催化降解过程中，pH值对反应热力学有较大影响，Cr(VI) / Cr (Ⅲ)的氧化还原电位随pH值变化而不同。

不同酸碱条件下， Cr(VI)以不同的形式存在，其在溶液中的平衡方程式为：2CrO42- + 2H+ ≒ 2HCrO-4 ≒ Cr2O72- + H2O，从CrO42-、HCrO4- 到Cr2O72- 氧化性依次增强，在酸性条件下，Cr2O72- / Cr3+ 的氧化性更强，因此酸性条件下，Cr(VI)易被还原为Cr (Ⅲ) ，与实验相符。

4.2 重铬酸钾溶液中Cr (Ⅵ)的质量浓度

将实验用的重铬酸钾溶液分别取100ml 、50ml 、25ml，在不足100ml的溶液中加入二次蒸馏水，使溶液的体积为100ml。调节pH值为2.5，分别加入1.0g二氧化钛，反应温度为30℃，反应时间为100min，Cr(VI)的降解率见表2。

表2 重铬酸钾溶液中Cr(VI)的浓度不同对Cr(VI)的去除效果

Table 2 In potassium bichromate solution Cr (VI) density differently to Cr(VI) removes the effect

由表2可知，重铬酸钾溶液中Cr(VI)浓度的变化对Cr(VI)的降解率影响不大。主要原因是二氧化钛光催化降解过程中，只要反应时间足够，溶液中的Cr(VI)都能被降解，而且降解率很高。

4.3 光催化反应时间

分别取重铬酸钾溶液100ml，加入二氧化钛1.0g，调节pH值为2.5，反应温度为30℃，反应时间分别为20min、40min、60min、80min、100min、120min，实验数据见表3。

表3 光催化反应时间对Cr(VI)的去除效果

Table 3 Photo catalytic reaction time of Cr(VI) Removal

光催化反应时间/ min

由表3可知，在其它条件相同时，反应时间对光催化反应是有显著影响，随着反应时间的延长，重铬酸钾溶液中Cr(Ⅵ)的降解率逐渐增大，反应之初，反应速度较快，当反应时间超过80min后，降解率增加较慢，这主要是由于溶液中Cr(Ⅵ)的浓度随着反应的进行逐渐减少，使得光催化反应速度变慢。

4.4 二氧化钛的用量

取重铬酸钾溶液100ml，分别加入二氧化钛0.5g、1.0g、1.5g、2.0g，调节pH值为2.5，反应温度为30℃，反应时间为40min，Cr(VI)的降解率见表4。

表4 二氧化钛的用量Cr(VI)的去除效果

Table 4 TiO2 content of Cr(VI) Removal

由表4可知，在其它条件相同时，单纯改变催化剂的用量对光催化反应是有影响的。随着催化剂的用量增加，溶液中Cr(Ⅵ)的降解率逐渐增大，这主要由于催化剂的用量增加，单位体积内光催化反应点增加，然而催化剂用量增加，相应的处理成本也会增加，根据光催化反应时间与降解率的关系可知，适当延长反应时间可以提高重铬酸根离子的降解率，因而不必为了提高降解率而单纯增加催化剂的加入量。

5.实验结论

5.1 用溶胶-凝胶法自制的二氧化钛降解Cr(Ⅵ)效果很好，反应条件在pH值为2.5、光催化反应时间大于100min、催化剂的加入量为1g/100ml时效果更好。

5.2 二氧化钛的用量增加可以提高反应初期的降解率，然而催化剂的用量增加，相应的处理成本也会增加，我们可以采用适当延长反应时间的方法来提高重铬酸根离子的降解率。

参考文献：

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纳米二氧化钛篇9

【关键词】离子掺杂；溶胶—凝胶法；光催化剂十二烷基苯磺酸钠

纳米TiO2 是一种比较理想的半导体光催化剂，在废水处理、空气净化以及保洁除菌等方面具有广阔的应用前景。研究中发现，在制备纳米二氧化钛过程中掺杂一定量的金属离子或对其进行表面改性，能有效地阻止电荷在转移过程中的复合，使其光催化活性提高，在其中掺杂过渡金属及稀土元素能显著改善其光催化性能。如：掺杂Zn 、荧光素具有良好的光学性质， 掺杂CeO2 具有热、光催化作用。

本文采用单掺杂铈、镱制备出几种改性纳米TiO2 材料，并以其作为光催化剂，选择十二烷基苯磺酸钠（SDBS）作为目标降解物，对上述几种改性纳米TiO2 的光催化性能进行了对比研究。

1 实验部分

1.1 纳米TiO2 粉体的制备

室温下，将钛酸丁酯（10ml）与无水乙醇（25ml） 混合，磁力搅拌30min，均匀混合得到溶液A；将A 置于分液漏斗中备用。另取无水乙醇（25ml），冰醋酸（5ml）， Xml的Ce4+试剂和Yml的Yb3+ 试剂（由计算所得）充分混合制成B液备用。在剧烈搅拌下将A液慢慢滴入（1滴/2s）B液中，时间为30 min；滴加完毕，继续搅拌20 min。静置，即可得到透明的溶胶。得到的溶胶静置48小时以上，得透明凝胶。80℃恒温烘烤65 h后。烘干的样品分批送入箱式电阻炉内进行高温煅烧。研磨得到白色或浅黄色的稀土掺杂的纳米氧化钛粉体。

1.2 复合TiO2纳米催化剂的光催化活性评价

称取0.5g十二烷基苯磺酸钠（SDBS），配制成浓度为100mg/L的溶液500ml。

利用UV-Vis 8500型紫外可见分光光度计测定浓度为100mg/LSBDS的吸收光谱曲线，设定波长λ扫描范围为200nm～400nm，通过吸光度对波长曲线图（A～λ）确定入射光波的波长。实验测得SDBS的特征峰对应的最大吸收波长为285nm。在此波长下，100mg/L的 SDBS溶液的吸光度为0.4475。

1.3 光降解十二烷基苯磺酸钠实验操作

以20ml的100mg/L的十二烷基苯磺酸钠溶液为目标降解物，分别以TiO2， Yb2O3-TiO2 ，CeO2 -TiO2为光催化剂。每次取适量的放入目标降解物中，充分搅拌。于封闭体系中以高压汞灯做单一光源进行照射，每隔15min ，将样品取出经离心分离后用UV-VIS8500型紫外可见分光光度计测定吸收度A，根据公式（a） 计算得到被测定目标降解物溶液在紫外光照射下的降解率。

D % = （1 - A t/ A 0） ×100 % （a）

其中：

D----降解率；

At----目标降解物溶液反应后的吸光度；

A0----目标降解物溶液未反应时的吸光度。

2 实验结果与讨论

2.1 复合纳米TiO2光催化剂的含量对SDBS降解率的影响

不同稀土掺杂的TiO2光催化剂（Naked TiO2、Yb2O3-TiO2 、（CeO2 、Yb2O3）-TiO2 、CeO2 -TiO2）对十二烷基苯磺酸钠的降解，催化剂中稀土氧化物的质量分数（下同）均为0.25%。在1.5h内，每隔15min取样测定SDBS吸光度的变化，并按式（a）计算相应的降解率。1.5h内，降解效率分别为16.5%、52.8%、76.3%、63.5%。可见：相同条件下，1.5h内掺杂稀土的光催化剂较纯TiO2的降解率都明显提高。在相同掺杂浓度下，（CeO2 、Yb2O3）-TiO2 光催化剂降解十二烷基苯磺酸钠的速率最好，降解率达76.3%。

2.2 复合光催化剂浓度对SDBS降解效率的影响

2.2.1 掺杂不同含量铈的复合光催化剂对光催化降解SDBS的影响

以不同质量分数（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）的CeO2–TiO2光催化剂为催化剂，在相同外界条件下进行了光催化降解十二烷基苯磺酸钠溶液。步骤同上。1.5h内，降解效率分别为63.8%、82.1%、78.5%、64.6%、59.5%。可见：在1 .5h 内， CeO2 -TiO2光催化剂的质量分数为0. 20 % 时，其对十二烷基苯磺酸钠溶液的降解速率达到82.1%，降解效率最高。

2.2.2 掺杂不同含量镱复合光催化剂对光催化降解SDBS影响

以不同质量分数（0.1%、0.2%、0.25%、0.5%、0.3%）的Yb2O3- TiO2光催化剂为催化剂，在相同外界条件下进行了光催化降解十二烷基苯磺酸钠溶液。步骤同上。1.5h内，降解效率分别为35.8%、45.9%、72.5%、68.6%、78.7%。可见：掺杂Yb2O3- TiO2复合光催化剂降解十二烷基苯磺酸钠的最佳浓度为0.3%。结果表明，纯TiO2光催化活性明显低于Yb 掺杂样品。对于Yb 改性样品（0.3 %） ，催化剂活性最高。Yb 质量分数低于0.3 %时SDBS降解率随掺杂量的增加而增加，当Yb 质量分数高于0. 34 %时，降解率随掺杂量的增加而降低。

2.3 双掺杂离子的配比对复合光催化剂降解效率的影响

分别以（CeO2 、Yb2O3）-TiO2光催化剂中不同Yb，Ce质量分数比（0.15：0.1、0.1：0.1、0.05：0.1、0.2：0.1、0.3：0.1）的复合光催化剂参与催化反应。步骤同上。1.5h内，降解效率分别为57.5%、76.3%、81.5%、83.2%、85.7%。

粉体的光催化效率是通过在同样的试验条件下，比较285nm 处十二烷基苯磺酸钠的吸光度的下降值，计算出降解度。1.5h 后，比较十二烷基苯磺酸钠的降解率发现，实验用的五种掺杂纳米二氧化钛在同样条件下的降解速度不同，降解速度由大到小的顺序为（Yb： Ce） 0.3 %：0.1% > 0.2 %：0.1%>0.05%：0.1%>0.1%：0.1%>0.15% ：0.1% 。在光照下，以双掺杂复合光催化剂Yb， Ce配比为3：1的纳米二氧化钛粉体作为催化剂， 十二烷基苯磺酸钠降解最快。

3 结论

（1）适量的稀土元素掺杂均可显著的改善TiO2的光催化性能。

（2）对十二烷基苯磺酸钠来言，铈的最佳掺杂浓度为0.2%（质量百分数，下同），镱的最佳掺杂浓度为0.3%。双掺杂镱，铈的最佳配比是3：1（0.3%：0.1%）。

（3）通过对粉体制备过程工艺参数的实验研究，得出使用溶胶凝胶法合成法制备纳米TiO2的最佳工艺参数为：pH为2.5～4.0；凝胶化温度应在20℃～35℃；反应时间在1.5h左右；陈化时间为2d；水与钛酸丁酯体积比为0.5～1.0；煅烧的最佳温度为500℃。

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[3]高春华.TiO2 纳米粉体的制备工艺研究进展.2002（9）.

[4]魏绍东.纳米二氧化钛的制备技术与工业化生产[J].科学研究月刊.2004（11）.

[5]魏绍东.溶胶-凝胶法制备纳米TiO2技术的研究进展 [J].材料导报，2004（10）.

纳米二氧化钛篇10

[关键词]四氯化硅 二氧化钛膜面 重金属

[中图分类号] X592 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-7-354-1

四氯化硅是生产多晶硅的废料，由于技术工艺问题，生产定量的多晶硅产生四氯化硅废料的量是相当大的，并且四氯化硅保存处理不当，会造成很严重的安全事故和环境污染，所以四氯化硅的处理是企业、政府和社会共同的责任。新型催化法水解四氯化硅，不仅能环保的处理四氯化硅，还能降解其他污水中的重金属铜锌铅。

1材料和方法

（1）仪器：烤箱，原子吸收分光光度计，比色计，2千瓦电炉。

（2）材料：自来水，四氯化硅，氢氧化钙，铅标准，锰标准，镉标准，铁标准，铜标准，锌标准，敞口容器，二氧化钛膜面瓷砖[1]。

2实验

2.1水解

首先将自来水或者河水，用二氧化钛膜面瓷砖光催化处理，也就是将二氧化钛膜面直接放入水中，在自然光下或者用紫外灯照射，让水在二氧化钛膜面上得到改变，在用此水水解四氯化硅，水解后放入二氧化钛膜面瓷砖再催化水解液，过段时间向水解液中加入氢氧化钙溶液，这个过程中同时会产生絮状沉淀，此时将絮状沉淀分离出备用。一部分烤干打粉，一部分不做任何处理。

2.2重金属降解

将水解后产生的絮状沉淀，以不同的体积放入前期准备好的含重金属铁锰铜锌铅镉的废水中，混匀，待絮状沉淀下沉至比色管底部后（50ml絮状沉淀重量50.0286g，50ml自来水重量49.3349g），取上清液上原子吸收分光光度计测定。测定结果见表1、表2

3结果

从表1、2的数据上分析得出，铁、锰、镉几乎没有效果，并且四氯化硅中可能含有少量的铁、锰金属。铜、锌、铅能被絮状沉淀给沉淀下来，不管废液中金属浓度的大小都会随着絮状沉淀加入的量而下降，且降解的效果越来越好，综合表1、2分析，三种金属最优被降解率为铜80.1%、锌74.0%、铅98.8%；铜和铅随浓度增加比例也在增加，锌是在低浓度效果好于高浓度。

4讨论

（1）是否可以考虑将絮状沉淀烘烤成干粉，并做相关实验，因为干粉的保存运输比液体要好得多。

（2）絮状沉淀对铜锌铅的降解机理还待进一步论证和研究，为什么只对这三个金属有效，其他金属没有效。

（3）二氧化钛膜面是在高温下固定的，那么二氧化钛粉末和二氧化钛膜面处理水在效果上有没有什么区别可以进一步实验讨论。但二氧化钛膜面的优点是不存在最后二氧化钛的分离。

（4）是否可以考虑造纸污水、化工污水等化学成分更为复杂的污水是否具有共性。

参考文献

[1]柯玉璋，二氧化钛膜面瓷砖：乐山市洁宇纳米技术研究所生产提供.