纳米光催化Ti0₂的应用领域

点击:419时间:2019-11-07 12:37:43 来源: 创始人

自1972 年,A.Fujishima和K. Honda在n型半导体Ti0₂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Ti0₂产生了深厚的兴趣。Ti0₂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。

纳米Ti0₂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,Ti0₂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,可以使Hg2+被还原成Hg而沉积在Ti0₂表面;此法同样适用于铅。Ti0₂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Ti0₂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Ti0₂净化空气则有如下优点:降解有机物的最终产物是C0₂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Ti0₂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Ti0₂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C0₂、H₂0 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。无机物在Ti0₂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,Ti0₂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Ti0₂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它方法很难降解时,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Ti0₂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.杀菌消毒
纳米Ti0₂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Ti0₂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Ti0₂高催化活性纳米抗菌剂是市场前景最好的品种。日本在Ti0₂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Ti0₂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。
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