發(fā)布時(shí)間：2016-09-01 10:01

  本文關(guān)鍵詞：納米二氧化鈦，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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安徽宣城晶瑞新材料有限公司 (編號(hào) 40596)

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納米二氧化鈦的功能及用途

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空心微珠, 金剛石微粉, 納米金, 納米鉑金, 納米銅, ...

納米TiO2具有十分寶貴的光學(xué)性質(zhì)，在汽車工業(yè)及諸多領(lǐng)域都顯示出美好的發(fā)展前景。納米二氧化鈦還具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、無(wú)毒性、超親水性、非遷移性，且完全可以與食品接觸，所以被廣泛應(yīng)用于抗紫外材料、紡織、光催化觸媒、自潔玻璃、防曬霜、涂料、油墨、食品包裝材料、造紙工業(yè)、航天工業(yè)中。

1.殺菌功能

在紫外線作用下，以0.1mg/cm3濃度的超細(xì)TiO2可徹底地殺死惡性海拉細(xì)胞，而且隨著超氧化物歧化酶（SOD）添加量的增多，TiO2光催化殺死癌細(xì)胞的效率也提高；用TiO2光催化氧化深度處理自來(lái)水，可大大減少水中的細(xì)菌數(shù)，飲用后無(wú)致突變作用，達(dá)到安全飲用水的標(biāo)準(zhǔn)。在涂料中添加納米二氧化鈦（同VK-TG01）可以制造出殺菌、防污、除臭、自潔的抗菌防污涂料，可應(yīng)用于醫(yī)院病房、手術(shù)室及家庭衛(wèi)生間等細(xì)菌密集、易繁殖的場(chǎng)所，可有效殺死大腸桿菌、黃色葡萄糖菌等有害細(xì)菌，防止感染。因此，納米納米二氧化鈦（同VK-TG01）能凈化空氣，具有除臭功能。

1）納米二氧化鈦（同VK-TG01）抗菌特點(diǎn)：

1 對(duì)人體安全無(wú)毒，對(duì)皮膚無(wú)刺激性。
2 抗菌能力強(qiáng)，抗菌范圍廣。
3 無(wú)臭味、怪味，氣味小。
4耐水洗，儲(chǔ)存期長(zhǎng)。
5熱穩(wěn)定性好，，高溫下不變色，不分解，不揮發(fā)，不變質(zhì)。
6即時(shí)性好，納米二氧化鈦抗菌劑僅需1h就能發(fā)揮效果，而其他銀系抗菌劑效果則需約24h。
7納米二氧化鈦（同VK-TG01）是一種永久性維持抗菌效果的抗菌劑。
8具有很好的安全性，科用于食品添加劑等，與皮膚接觸無(wú)不良影響。

2）納米二氧化鈦（同VK-TG01）的抗菌原理：

納米二氧化鈦（同VK-TG01）在光催化作用下使細(xì)菌分解而達(dá)到抗菌效果的。由于納米二氧化鈦的電子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為一個(gè)滿 TiO2的價(jià)帶和一個(gè)空的導(dǎo)帶，在水和空氣的體系中，納米二氧化鈦在陽(yáng)光尤其是在紫外線的照射下，當(dāng)電子能量達(dá)到或超過(guò)其帶隙能時(shí)，電子就可從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶產(chǎn)生相應(yīng)的空穴，即生成電子、空穴對(duì)，在電場(chǎng)的作用下，電子與空穴發(fā)生分離，遷移到粒子表面的不同位置，發(fā)生一系列反應(yīng) :

TiO2 + hν e－ —— + h＋
H2O + h＋ —— •OH+ H＋
O2 +e－ —— O－2 •
O－2 •+ H＋ —— HO2•
2HO2• —— O2 + H2O2
H2O2 +O－2 • —— •OH+OH－ +O2

吸附溶解在 TiO2 表面的氧俘獲電子形成O2 •, 生成的超氧化物陰離子自由基與多數(shù)有機(jī)物反應(yīng)(氧化)，同時(shí)能與細(xì)菌內(nèi)的有機(jī)物反應(yīng)，生成 CO2和 H2O;而空穴則將吸附在 TiO2 表面的 OH 和H2O氧化成•OH,•OH 有很強(qiáng)的氧化能力，攻擊有機(jī)物的不飽和鍵或抽取 H原子產(chǎn)生新自由基，激發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，最終致使細(xì)菌分解。

TiO2 的殺菌作用在于它的量子尺寸效應(yīng)，雖然鈦白粉(普通 TiO2)也有光催化作用，也能夠產(chǎn)生電子、空穴對(duì)，但其到達(dá)材料表面的時(shí)間在微秒級(jí)以上，極易發(fā)生復(fù)合，很難發(fā)揮抗菌效果，而達(dá)到納米級(jí)分散程度的 TiO2，受光激發(fā)的電子、空穴從體內(nèi)遷移到表面，只需納秒、皮秒、甚至飛秒的時(shí)間，光生電子與空穴的復(fù)合則在納秒量級(jí)，能很快遷移到表面，攻擊細(xì)菌有機(jī)體，起到相應(yīng)的抗菌作用。

納米二氧化鈦（同VK-TG01）具有很高的表面活性，抗菌能力強(qiáng)，產(chǎn)品易于分散。經(jīng)試驗(yàn)表明，納米二氧化鈦（同VK-TG01）對(duì)綠膿桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門(mén)氏菌和曲霉菌等具有很強(qiáng)的殺菌能力，已廣泛應(yīng)用于紡織、陶瓷、橡膠、醫(yī)藥等領(lǐng)域的抗菌產(chǎn)品，深受廣大用戶的歡迎。

3）國(guó)內(nèi)外對(duì)納米二氧化鈦抗菌性的研究及應(yīng)用實(shí)例

○1 農(nóng)田抗菌劑：日本開(kāi)發(fā)了一種新型無(wú)菌殺菌劑。其主要成分為納米二氧化硅（同VK-SP30）、納米二氧化鈦（同VK-TG01）和銀、銅等離子，可用于土壤中，對(duì)所有的細(xì)菌都有很強(qiáng)的抗菌性。改殺菌劑是陶瓷類微量混合金屬離子，并在含有相同離子的催化劑作用下，具有使土壤中的氧活化之功能，該功能能持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2-5年。

○2 衛(wèi)生陶瓷潔具：陶瓷的燒結(jié)溫度很高，故只能添加高溫下穩(wěn)定的無(wú)菌抗菌劑。日本最近開(kāi)發(fā)出的用納米二氧化硅包覆的抗菌陶瓷用品。其制造工藝是先將納米二氧化鈦（同VK-TG01）加水制成漿料涂在陶瓷表面上，高溫?zé)Y(jié)即得到1微米厚的光催化納米二氧化鈦（同VK-TG01）薄膜產(chǎn)品。在光照射下，就能完全殺死其表面的細(xì)菌。微量在微弱光下也有抗菌性，可在納米二氧化鈦漿料中加銀、銅等離子化合物。這種陶瓷的持久性、耐酸和耐堿行好，是醫(yī)藥、賓館、家庭浴缸、地磚、衛(wèi)生設(shè)施等抗菌除臭的理想陶瓷。

○3 水處理：美國(guó)德克薩斯大學(xué)研究人員利用納米二氧化鈦（同VK-TG01）和太陽(yáng)光進(jìn)行滅菌。他們將大腸桿菌和納米二氧化鈦（同VK-TG01）混合液在大于380nm的光線照射下，發(fā)現(xiàn)大腸桿菌被迅速殺死。這種技術(shù)有可能成為目前用氯化方法水處理的代用技術(shù)。

○4新型抗菌熒光燈：日本制作新開(kāi)發(fā)了具有抗菌作用的信息熒光燈，并于1997年商品化。這種燈壽命長(zhǎng)，節(jié)能，應(yīng)用前景廣闊。該等表面涂布了光催化殺菌劑納米二氧化鈦（同VK-TG01），能分解等表面的油漬、空氣中的菌類異臭等。清掃勝利，且具有防止燈光發(fā)暗的效果。

○5抗菌纖維：抗菌纖維和除臭纖維是信息的功能纖維，這些是將納米二氧化鈦、納米二氧化硅(同VK-SP30)、納米氧化鋅(同VK-JS03)等微粉摻入天然、人工聚合物或長(zhǎng)絲中，再紡制出各種抗菌和除臭纖維�？咕w維具有優(yōu)良的保健功能。

○6 抗菌建材和抗菌涂料：據(jù)報(bào)道，抗菌鈦可殺死周圍的菌類，具有抗菌、防銹、分解異臭、防污、減少二氧化氮含量等功能。不僅能將房間內(nèi)新建材、粘結(jié)劑等產(chǎn)生的甲醛、吸煙產(chǎn)生的乙醛、家庭灰塵等產(chǎn)生的甲硫醇等有機(jī)異臭在紫外線照射下分解而消除掉，還能分解油分和有機(jī)物的表面污染。對(duì)油膜帶3日照射就可以明顯減少，5日照射就不留痕跡。對(duì)有機(jī)染料經(jīng)3日照射，顏色就可消退。利用這種性能，可將抗菌鈦用作外壁和內(nèi)墻裝飾材料。

在建筑物的屋頂和外墻上、醫(yī)院手術(shù)室的手術(shù)臺(tái)和墻壁上常附著細(xì)菌如果涂刷光催化納米二氧化鈦涂層或墻磚，在陽(yáng)光或室內(nèi)弱光照射下，細(xì)菌能很快消滅。而且，經(jīng)雨水沖刷科隨時(shí)把氧化分解后的污垢物沖刷掉。

○7殺滅口腔微生物：納米二氧化鈦能殺滅S.Mutans株AHT(血清型)，還能殺滅倉(cāng)鼠屬鏈球菌SH-6、鼠屬鏈球菌FA-1和黏性放線菌ATCC-19246。研究表明，納米二氧化鈦（同VK-TG01）粒度越細(xì)、分散性越好、比表面積越大，殺菌效果越好。

2.2防紫外線功能

納米氧化鈦（同VK-T25）既能吸收紫外線，又能反射、散射紫外線，還能透過(guò)可見(jiàn)光，是性能優(yōu)越、極有發(fā)展前途的物理屏蔽型的紫外線防護(hù)劑。

納米氧化鈦（同VK-T25）的抗紫外線機(jī)理：

按照波長(zhǎng)的不同,紫外線分為短波區(qū)190～280 nm、中波區(qū)280～320 nm、長(zhǎng)波區(qū)320～400nm。短波區(qū)紫外線能量最高,但在經(jīng)過(guò)離臭氧層時(shí)被阻擋,因此,對(duì)人體傷害的一般是中波區(qū)和長(zhǎng)波區(qū)紫外線。

納米氧化鈦（同VK-T25）的強(qiáng)抗紫外線能力是由于其具有高折光性和高光活性。其抗紫外線能力及其機(jī)理與其粒徑有關(guān):當(dāng)粒徑較大時(shí),對(duì)紫外線的阻隔是以反射、散射為主,且對(duì)中波區(qū)和長(zhǎng)波區(qū)紫外線均有效。防曬機(jī)理是簡(jiǎn)單的遮蓋,屬一般的物理防曬,防曬能力較弱;隨著粒徑的減小,光線能透過(guò)納米二氧化鈦（同VK-T25）的粒子面,對(duì)長(zhǎng)波區(qū)紫外線的反射、散射性不明顯,而對(duì)中波區(qū)紫外線的吸收性明顯增強(qiáng)。其防曬機(jī)理是吸收紫外線,主要吸收中波區(qū)紫外線。

由此可見(jiàn), 納米氧化鈦（同VK-T25）對(duì)不同波長(zhǎng)紫外線的防曬機(jī)理不一樣,對(duì)長(zhǎng)波區(qū)紫外線的阻隔以散射為主,對(duì)中波區(qū)紫外線的阻隔以吸收為主。

納米氧化鈦（同VK-T25）在不同波長(zhǎng)區(qū)均表現(xiàn)出優(yōu)異的吸收性能，與其他有機(jī)防曬劑相比，納米二氧化鈦（同VK-T25）具有無(wú)毒、性能穩(wěn)定、效果好等特點(diǎn)。日本資生堂應(yīng)用10-100nm的納米二氧化鈦（同VK-T25）作為防曬成分添加于口紅、面霜中，其防曬因子可大SPF11-19。

納米二氧化鈦（同VK-T25）由于粒徑小,活性大,既能反射、散射紫外線,又能吸收紫外線,從而對(duì)紫外線有更強(qiáng)的阻隔能力。與同樣劑量的一些有機(jī)紫外線防護(hù)劑相比，納米氧化鈦（同VK-T25）在紫外區(qū)的吸收峰更高，更可貴的是它還是廣譜屏蔽劑，不象有機(jī)紫外線防護(hù)劑那樣只單一對(duì)UVA或UVB有吸收。它還能透過(guò)可見(jiàn)光，加入到化妝品使用時(shí)皮膚白度自然，不象顏料級(jí)TiO2，不能透過(guò)可見(jiàn)光，造成使用者臉上出現(xiàn)不自然的蒼白顏色。

利用納米TiO2的透明性和紫外線吸收能力還可用作食品包裝膜、油墨、涂料、紡織制品和塑料填充劑，可以替代有機(jī)紫外線吸收劑，用于涂料中可提高涂料耐老化能力。

2.3光催化功能

納米二氧化鈦采用液相法制備出的二氧化鈦具有粒子團(tuán)聚少、化學(xué)活性高，粒徑分布窄、形貌均一等特性，具有很強(qiáng)的光催化性能，已廣泛應(yīng)用于環(huán)保中。

（1）氣體凈化

環(huán)境有害氣體可分為室內(nèi)有害氣體和大氣污染氣體。室內(nèi)有害氣體主要有裝飾材料等放出的甲醛及生活環(huán)境中產(chǎn)生的甲硫醇、硫化氫及氨氣等。納米二氧化鈦（同VK-TG01）通過(guò)光催化作用可將吸附于其表面的這些物質(zhì)分解氧化，從而使空氣中這些物質(zhì)的濃度降低，減輕或消除環(huán)境不適感。

另外，TiO2在光照下對(duì)環(huán)境中微生物的抑制或殺滅作用，因此，納米二氧化鈦（同VK-TG01）能凈化空氣，具有除臭功能。

（2）對(duì)有機(jī)廢水的處理，效果十分理想。

納米二氧化鈦（同VK-TG01）復(fù)合材料對(duì)有機(jī)廢水的處理，效果十分理想。以TiO2為光催化劑，在光照的條件下，可使水中的烴類、鹵代物、羧酸等發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，并逐步降解，最終完全氧化為環(huán)境友好的CO2和H2O等無(wú)害物質(zhì)。杭州萬(wàn)景新材料有限公司采用新型納米二氧化鈦載銀復(fù)合催化劑，對(duì)印染和精煉廢水生化處理后的出水進(jìn)行深度處理，光照120min后，印染和精煉廢水的CODcr去除率分別為75.3%和83.4%。經(jīng)研究表明，在太陽(yáng)光照射下用多孔納米TiO2薄膜處理水溶液中的敵敵畏有很好的效果。除此之外，納米二氧化鈦（同VK-TG01）還可有效地用于含CN—的工業(yè)廢水的光催化降解。

（3）處理無(wú)機(jī)污水

除有機(jī)物外，許多無(wú)機(jī)物在TiO2表面也具有光學(xué)活性，例如無(wú)機(jī)污水中的Cr6+接觸到TiO2催化劑表面時(shí)，能夠捕獲表面的光生電子而發(fā)生還原反應(yīng)，使高價(jià)有毒的Cr6+降解為毒性較低或無(wú)毒的Cr3+，從而起到凈化污水的作用；一些重金屬離子如Pt4+，Hg2+，Au3+等，在催化劑表面也能夠捕獲電子而發(fā)生還原沉淀反應(yīng)，可回收污水的無(wú)機(jī)重金屬離子。

2.4 防霧及自清潔功能

TiO2薄膜在光照下具有超親水性和超永久性，因此其具有防霧功能。如在汽車后視鏡上涂覆一層氧化鈦薄膜，即使空氣中的水分或者水蒸氣凝結(jié)，冷凝水也不會(huì)形成單個(gè)水滴，而是形成水膜均勻地鋪展在表面，所以表面不會(huì)發(fā)生光散射的霧。當(dāng)有雨水沖過(guò)，在表面附著的雨水也會(huì)迅速擴(kuò)散成為均勻的水膜，這樣就不會(huì)形成分散視線的水滴，使得后視鏡表面保持原有的光亮，提高行車的安全性。

納米二氧化鈦（同VK-TG01）具有很強(qiáng)的“超親水性”，在它的表面不易形成水珠，而且納米二氧化鈦（同VK-TG01）在可見(jiàn)光照射下可以對(duì)碳?xì)浠衔镒饔�。利用這樣一個(gè)效應(yīng)可以在玻璃、陶瓷和瓷磚的表面涂上一層納米TiO2薄層，利用氧化鈦的光催化反應(yīng)就可以把吸附在氧化鈦表面的有機(jī)污染物分解為CO2和O2，同剩余的無(wú)機(jī)物一起可被雨水沖刷干凈，從而實(shí)現(xiàn)自清潔功能。日本東京已有人在實(shí)驗(yàn)室研制成功自潔瓷磚，這種新產(chǎn)品的表面上有一薄層納米二氧化鈦（同VK-TG01），任何粘污在表面上的物質(zhì)，包括油污、細(xì)菌在光的照射下，由于納米二氧化鈦（同VK-TG01）的催化作用，可以使這些碳?xì)浠衔镂镔|(zhì)進(jìn)一步氧化變成氣體或者很容易被擦掉的物質(zhì)。納米TiO2光催化作用使得高層建筑的玻璃、廚房容易粘污的瓷磚、汽車后視鏡及前窗玻璃的保潔都可很容易地進(jìn)行。

2.5納米二氧化鈦可作為鋰電池、太陽(yáng)能電池原料

納米二氧化鈦(同VK-T30D)添加到鋰電池里，可提高鋰電池容量及循環(huán)穩(wěn)定性,特別是循環(huán)時(shí)放電電壓平臺(tái)的穩(wěn)定性，可有效提高電池在多次充放電過(guò)程中的電化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，電池在使用過(guò)程中更穩(wěn)定、更耐用。

2.6 納米二氧化鈦（同VK-T25F）用在紡織上可以替代PVA
在纖維紡織成紗的過(guò)程中，為了減少經(jīng)紗斷頭必須上漿。我國(guó)從上世紀(jì)五六十年代開(kāi)始使用的漿料PVA為高分子化合物，在自然環(huán)境中很難降解。因此在歐洲部分國(guó)家被列為“不潔漿料”，已經(jīng)被明令禁止使用。歐盟對(duì)PVA的限制，也將是我國(guó)棉紡織品出口綠色貿(mào)易壁壘的關(guān)注重點(diǎn)。開(kāi)發(fā)綠色環(huán)保漿料，取代難降解的PVA是國(guó)內(nèi)紡織行業(yè)一直尋求的“破壁”目標(biāo)。

納米二氧化鈦(同VK-T25F)用在紡織漿料里面，通過(guò)與淀粉的完美結(jié)合，提高紗線的綜合織造性能，減少PVA的用量，煮漿時(shí)間短，降低了漿料成本，提高漿紗效益，也解決了PVA漿料不易退漿、環(huán)境污染等諸多問(wèn)題。納米二氧化鈦納米二氧化鈦(同VK-T25F)在紗線里主要是替代PVA,起到貼順毛羽，填補(bǔ)缺口，潤(rùn)滑的作用。

2.7.其它功能

納米二氧化鈦對(duì)某些塑料、氟里昂及表面活性劑SDBS也具有很好的降解效果。

還有人發(fā)現(xiàn)，TiO2對(duì)有害氣體也具有吸收功能，如含TiO2的烯烴聚合物纖維涂在含磷酸鈣的陶瓷上可持續(xù)長(zhǎng)期地吸收不同酸堿性氣體。

鑒于以上功能，納米二氧化鈦具有非常廣闊的前景。對(duì)它的研究和利用會(huì)給人們的生活帶來(lái)巨大改變。(end)

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