【關(guān)鍵詞】領(lǐng)域，建材，應(yīng)用，分析，納米，如何，TiO2，涂料，玻璃，氧

TiO2屬于一種n型半導(dǎo)體材料，它的禁帶寬度為3.2ev (銳鈦礦)，當(dāng)它受到波長(zhǎng)小于或等于387.5nm的光(紫外光)照射時(shí)，價(jià)帶的電子就會(huì)獲得光子的能量而躍遷至導(dǎo)帶，形成光生電子(e-);而價(jià)帶中則相應(yīng)地形成光生空穴(h+)，如圖1所示。TiO2表面的光生電子e-易被水中溶解氧等氧化性物質(zhì)所捕獲，而空穴h+則可氧化吸附于TiO2表面的有機(jī)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反應(yīng)能，可破壞有機(jī)物中C-C、C-H、C-N、C-O、NH鍵，因而具有高效分解有機(jī)物的能力，有殺菌、除臭、光催化降解有機(jī)污染物的功能。 二、納米TiO2光觸媒的特點(diǎn) 納米TiO2具有較高的光催化反應(yīng)活性，吸附能力也較強(qiáng)，可與污染物更充分地接觸，將它們極大限度地吸附在粒子表面。主要特點(diǎn)有:(1)作用廣譜，在光觸媒反應(yīng)過程中，不僅能破壞生物因子，也能破壞各種有機(jī)化學(xué)物質(zhì);(2)在光觸媒反應(yīng)過程中，二氧化鈦不參與反應(yīng)，只起催化媒介作用，其本身并不隨時(shí)間延長(zhǎng)而消耗，因此使用壽命持久;(3)經(jīng)過納米技術(shù)工藝處理的觸媒，可在含有微弱紫外線的燈光、自然光、陽光等多種光源下發(fā)揮作用;(4)完全無害，由于納米二氧化鈦本身不釋放出有害物質(zhì)且本身不參與反應(yīng)，在反應(yīng)過程中將所作用的物質(zhì)完全氧化成無害的二氧化碳和水等無害物質(zhì)，因此光觸媒作用對(duì)環(huán)境完全無害。 三、納米TiO2光觸媒在建材領(lǐng)域中的應(yīng)用 (一)光觸媒涂料 1.抗菌涂料 近年來，隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，綠色涂料已成為涂料行業(yè)發(fā)展的主流，水性涂料作為其主要品種也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。但其防霉、防菌問題較為突出，如在貯存過程中生霉、長(zhǎng)菌使得涂料的品質(zhì)降低，在施涂后膜層生霉、長(zhǎng)菌則使得涂層老化、外觀污損，甚至開裂、剝落，使涂料喪失原有的保護(hù)和裝飾功能。 納米TiO2在光催化作用下具有分解病原菌和毒素的功能，它作為一種新型助劑應(yīng)用于殺菌涂料中，賦予了制品持久、長(zhǎng)效的抗菌、殺菌能力，是受到人們關(guān)注的新型礦物功能材料[1]。納米TiO2涂料與傳統(tǒng)的鈦白粉相比，克服了產(chǎn)品在抗菌性、廣譜性、抗藥性和耐熱加工性等方面的缺陷，具有重要的使用價(jià)值。徐瑞芬等[2]將實(shí)驗(yàn)室自制的抗菌納米TiO2添加于苯-丙乳液中，經(jīng)表面處理的抗菌納米TiO2在乳液中能夠均勻分散，可充分發(fā)揮納米TiO2的殺菌作用。 納米TiO2不僅具有分解病原菌的能力，還能有效分解細(xì)菌釋放出的毒素。東京大學(xué)的藤島昭授等[3]在玻璃上涂一薄層TiO2，光照射3h達(dá)到了殺死大腸桿菌的效果，毒素的含量控制在5%以下。此外，納米TiO2本身無毒、無味、對(duì)人體安全無害，可將納米TiO2抗菌涂料涂敷于醫(yī)院病房、手術(shù)室等場(chǎng)所的墻壁上，能很快消滅細(xì)菌，起到殺菌消毒的效果。 2.凈化空氣涂料 城市大氣中氮氧化物(NOx)及硫氧化物(SOX)的污染，已成為環(huán)保亟待解決的問題之一。研究表明，將納米TiO2配制成光催化凈化大氣環(huán)保涂料，利用TiO2光催化劑產(chǎn)生活性氧，并配合雨水的作用可將這些污染物變成HNO3、H2SO4而除掉。 在國(guó)外，納米TiO2光催化方面的應(yīng)用得到了快速發(fā)展，日本通用汽車公司Donald Beek等研究納米TiO2除去汽車廢氣(含H2S)中硫的能力，在500℃的條件下經(jīng)7h后從汽車廢氣中除去的總硫量比常規(guī)TiO2除去的量大5倍。更值得注意的是在暴露7h后，納米TiO2除出硫的速度仍相當(dāng)高，也就是說用納米TiO2作為涂料助劑不僅有良好凈化空氣的效果，且使用周期長(zhǎng)，利用價(jià)值高。 國(guó)內(nèi)，利用納米TiO2制得的凈化空氣涂料也相應(yīng)而生，邱星林等人[4]發(fā)現(xiàn)，采用有機(jī)硅樹脂與納米TiO2復(fù)合而成的光催化涂料在太陽光照射條件下，可有效的降解大氣中的NOx，反應(yīng)如下: TiO2 + hv(E>Ebg)→ e- + h+ ; O2 + e- → O2- (活性氧); NO2 + OH →HNO3 ; NO + HO2 → HNO3 楊陽等[5]利用納米二氧化鈦配制水性涂料，并進(jìn)行紫外光催化降解空氣中的甲醛試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:這種低成本的納米二氧化鈦復(fù)合涂料可以有效地分解甲醛。林勁冬等[6]用Fe3+的丙酮溶液對(duì)商品銳鈦型二氧化鈦進(jìn)行浸漬改性，制得Fe-TiO2光催化劑，將其加入硅酸鉀無機(jī)涂料體系中，得到一種光催化功能性建筑涂料。發(fā)現(xiàn)該功能涂料具有良好的可見光活性，能夠有效而持久地在普通日光燈環(huán)境下降解甲醛。 (二)自清潔玻璃 玻璃幕墻是一種美觀新穎的建筑墻體裝飾方法，能充分體現(xiàn)建筑師的想象力，展示建筑物的現(xiàn)代風(fēng)格。然而在大量使用的玻璃幕墻中存在著耐污性差的問題。玻璃幕墻上所粘附的污垢種類復(fù)雜，清洗難度大，而且大量使用有機(jī)清洗劑后，易對(duì)周圍環(huán)境造成二次污染，清洗廢液的排放也是難題。因此，開發(fā)具有自清潔功能的涂層玻璃成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。 納米技術(shù)賦予了自清潔玻璃的新發(fā)展，通過各種方法在玻璃表面形成納米級(jí)微粒和納米級(jí)微孔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體氧化物TiO2薄膜，就制成了“自潔”玻璃。在TiO2表面，鈦原子和鈦原子之間通過氧橋連接，這種結(jié)構(gòu)是疏水性的。在紫外光的照射下TiO2表面的氧和羥基間發(fā)生置換，在其表面形成了均勻分布的納米尺度分離的親水微區(qū)和親油微區(qū)，從而使表面具有了油水雙重親和性。光照條件下，一部分橋氧脫離形成氧空位，此時(shí)空氣中的水解離并吸附在氧空位中，成為化學(xué)吸附水，即在氧空位缺陷周圍形成親水微區(qū)，而表面剩余區(qū)域仍保持親油性，這樣就在表面形成親水性和疏水性相間的微區(qū)，類似于二維的毛細(xì)管現(xiàn)象。由于水或油性液滴尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于親水或親油區(qū)的面積，宏觀上表面表現(xiàn)出親水性和親油性。停止光照后，化學(xué)吸附的羥基被空氣中的氧所取代，重新回到疏水狀態(tài)。這種超親水作用在材料表面產(chǎn)生水膜，使得油污不能與材料表面牢固結(jié)合，從而易于清洗。這種玻璃可以利用太陽光，使附著于其上的油污等氧化分解，同時(shí)也起到殺菌除臭的作用，且污物不易聚集，防止結(jié)露并使光線充足[7]。我國(guó)武漢理工大學(xué)研制的自潔玻璃，其潤(rùn)濕角小于3°，對(duì)甲醛的降解率達(dá)90%以上[8]。