材料工程论文：纳米光催化TiO2的应用领域及现状

1、材料工程论文：纳米光催化TiO2的应用领域及现状自1972 年， A.Fujishima和K. Honda在n型半导体TiO2电极上发现了水的光电催化分解作用之后，国内外的研究人员对TiO2产生了深厚的兴趣。TiO2氧化活性较高，化学稳定性好，对人体无毒害，成本低，无污染，应用范围广，因而最受重视，是目前应用最广泛的纳米光催化材料，也是最具有开发前途的绿色环保型催化剂。 应用领域 纳米TiO2 能处理多种有毒化合物，包括工业有毒溶剂、化学杀虫剂、木材防腐剂、染料及燃料油等，迄今详细研究过的有机物达100种以上。此外，TiO2光催化技术也被用于无机污染物的处理。利用光催化法在柠檬酸根离子存在下，

2、可以使Hg2+被还原成Hg而沉积在TiO2表面；此法同样适用于铅。TiO2光催化可能降解的无机污染物还有氰化物，SO2、H2S、NO和NO2等有害气体也能被吸附在TiO2表面，在光的作用下转化成无毒无害物质。 1空气净化 当前解决空气污染主要有物理吸附法(活性炭)、臭氧净化法、静电除尘法、负氧离子净化法等，但是这些方法自身都有着难以克服的弊端，所以一直难以大范围地推广使用。与其相比，利用纳米光催化TiO2净化空气则有如下优点：降解有机物的最终产物是CO2和H2O，没有其它毒副产物出现，不会造成二次污染；纳米微粒的量子尺寸效应导致其吸收光谱的吸收边蓝移，促进半导体催化剂光催化活性的提高；纳米材料

3、比表面积很大，增强了半导体光催化剂吸附有机污染物的能力。 利用纳米光催化TiO2治理空气污染已经得到广泛应用，国内外都出现了很多产品，例如纳米空气净化器、中央空调净化模块、光触媒涂料等，市场前景非常广阔。 2水处理 传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题，污水治理一直得不到好的解决。纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。 研究表明，纳米TiO2能处理多种有毒化合物，可以将水中的烃类、卤代烃、酸、表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂、木材防腐剂和燃料油等很快地完全氧化为CO2、H2O等无害物质。此外，纳米TiO2在降解毛纺染料废水、有机溴（或磷）杀虫剂等到方面也有一定效果

4、。无机物在TiO2表面也具有光化学活性。例如，废水中的Cr6具有较强的致癌作用，在酸性条件下，TiO2对Cr6具有明显的光催化还原作用。在pH 值为2.5的体系中，光照1h 后，Cr6被还原为Cr3 。还原效率高达85% 。迄今为止，已经发现有3000多种难降解的有机化合物可以在紫外线的照射下通过纳米TiO2或ZnO而迅速降解，特别是当水中有机污染物浓度很高或用其他方法很难降解时，这种技术有着明显的优势。德国开发出了利用阳光和光催化剂对污水进行净化的装置，每小时可净化100-150升水。 虽然利用纳米光催化TiO2进行水处理目前还未得到广泛应用，但我们可以看出它未来的应用前景必将非常广阔。 3

5、杀菌消毒 纳米TiO2的杀菌作用是利用光催化产生的空穴和形成于表面的活性氧类与细菌细胞或细胞内的组成成分进行生化反应，使细菌头单元失活而导致细胞死亡，并且能使细菌死亡后产生的内毒素分解。研究表明：将TiO2涂覆在陶瓷、玻璃表面，经室内荧光灯照射1小时后可将其表面99的大肠杆菌、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌等杀死。 目前国外新型无机抗菌剂的开发与抗菌加工技术进展较快，已经形成系列化产品，其中TiO2高催化活性纳米抗菌剂是市场前景最好的品种。日本在TiO2光催化抗菌材料研究与应用起步较早，日本东陶等多家公司开发的光催化TiO2抗菌瓷砖和卫生洁具已经大量投放市场。日本将今后发展的目光投向欧美国际抗菌产品

6、市场，预计海外市场将是其国内市场的10倍，他们也极其关注中国抗菌塑料近年来的迅猛发展，纷纷抢滩中国市场。 应用现状 在当今世界性的环境污染问题越来越受到各国政府重视的情况下，利用纳米材料进行环境治理已经成为各国高科技竞争中的一个热点。在纳米光催化方面日本、美国等国家均投入巨资开展研究与开发工作，并大力推动其产业化，目前已有多种产品出现，其中所使用的纳米光催化材料绝大多数都是TiO2。 1日本 日本对于纳米TiO2光催化的研究较早，现在已有多家日本公司生产出了多种纳米光催化的实用产品，见表1：表1 日本前十大催化公司及其主要产品公司名称主要产品公司名称主要产品东芝有除臭作用之光催化材料松下电器光

7、催化空气净化器隧道照明防污灯具具抗菌功能照明灯具应用于照明灯具防污光催化膜除臭净化设备具光催化功能的高压钠灯管低折射率且具光催化功能薄膜透光率好且平面光滑的照明灯具用于空气净化的光催化剂三菱纸业具除臭效能的纸箱东陶机器汽车用防污用光催化膜空气净化器光催化亲水性薄膜复合材料具除臭效能的热风干燥器防污抗菌陶瓷器具除臭抗菌作用的冷藏柜空气净化系统适用于高温高湿下除臭板油性防污材料防臭抗菌面罩光催化防污导电建材石川岛播磨重工业密室环境的净化设备大庆工业空气净化器货车与船舶防污建筑物空调系统储柜内部的净化设备车用空气净化设备土壤净化方法与器具光催化净化设备抗菌功能食品储藏柜汇丰汽车小型化空气清洁机短时间

8、内分析光催化机能的设备具有湿度调节极高清洁能力的设备密闭空间空气净化机合金半导体复合光催化剂气体净化设备应用于燃烧室内防污光催化剂三菱大气NOx分解且防污应用日立光催化剂附着光源防带电效果光催化膜利用光催化的配水系统有机衬底光催化机制备方法光催化除臭器来源：.tw/public/Attachment/562714282071.doc 2韩国 韩国从1999年开始有光催化方面的专利出现，近年成倍增长，起初重点为纳米光催化材料，近年开始涉及水处理和空气净化领域。目前韩国纳米光催化商品规模仍较小，产品以LG电子利用光催化生产空气净化式空调系统与Dohabu Cle

9、antech的海水净化装置最受好评。下表为韩国部分光催化相关产品资料。表2 韩国部分光催化相关产品公司名称产品Batu Enginnering污水处理机、薄膜材料Enpion光催化材料、防污材料G2K二氧化钛光催化剂Hanlimtech污水处理机Nano光催化剂Nano Pac光催化剂Pepcon空气净化器、除臭系统 来源：.tw/public/Attachment/562714282071.doc 3美国 美国环保署(EPA)是美国纳米光催化研发的主要支持单位，其重点着重于水处理方面；包括地下水质的改善、废水处理以及河川污染等。河川污染除了针对因农药造成污染的研究外，对油污的研究(包含原油)也有相当不错的成果。 4英国 英国伦敦和安大略核子技术环境公司开发了一种新的常