纳米TiO2（课堂PPT）

1、1纳米纳米TiO2研究进展研究进展2纳米纳米TiOTiO2 2l 纳米二氧化钛，亦称纳米钛白粉。从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在100纳米以下，其外观为白色疏松粉末。具有抗紫外线、抗菌、自洁净、抗老化功效，可用于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷等领域。 31.1 1.1 纳米纳米TiOTiO2 2的结构的结构稳定而致密，较高的硬度、密稳定而致密，较高的硬度、密度、介电常数及折射率，遮盖度、介电常数及折射率，遮盖力和着色力较高力和着色力较高 光催化活性高光催化活性高化妆品化妆品催化剂催化剂 杀菌杀菌41.2 1.2 纳米纳米TiOTiO2 2的光致

2、特性的光致特性51.3 1.3 纳米纳米TiOTiO2 2的制备的制备61.3.1 1.3.1 溶胶一凝胶法溶胶一凝胶法l 溶胶-凝胶法具有纯度好，均匀性高、反应温度低等优点，是制备纳米二氧化钛最常用的方法之一，其原料主要是TiCl3、TiCl4和Ti(O-Bu)4等，以无机酸作为催化剂，在有机溶液中进行水解和缩合制得溶胶，然后进一步缩合得到凝胶，再将凝胶干燥煅烧即可得到纳米二氧化钛，其反应方程式如下：71.3.2 1.3.2 胶溶法胶溶法l 胶溶法具有成本低、原料丰富、产品粒径小等优点，但是也有工艺流程长，自动化程度低等缺点，如果控制不好的话纳米二氧化钛的分散性会比较差。胶溶法主要以硫酸氧钛

3、为原料，先用碱进行中和，再用酸溶解，形成二氧化钛的溶胶，再经过有机溶剂的处理，蒸馏和热处理，然后高温煅烧，即可得到不同晶型的纳米二氧化钛，其反应方程式如下:81.3.3 TiCl1.3.3 TiCl4 4水解法水解法l TiCl4水解法就是以TiCl4为原料，以碱为催化剂，得到Ti02的水合物，然后经过离心、洗涤、干燥和煅烧即可得到纳米二氧化钛。91.3.4 1.3.4 水热法水热法l 水热法具有产物粒径小、分布均匀、洁净度好、团聚少等优点，但是反应时必须要在高温高压进行，因此一般要在耐腐蚀的密闭高压反应釜总进行反应，对设备的要求比较高，成本也较高。水热法一般就是将原料，如醇钛盐、硫酸氧钛等加

4、入到高压反应釜中，然后放入烘箱，按一定的要求升温加热，然后持续恒温规定的时间后，打开高压反应釜，对罩面的物质进行洗涤干燥即可得到纳米二氧化钛。102. 2. 纳米纳米TiOTiO2 2的应用的应用112.1 2.1 纳米纳米TiOTiO2的防晒机理的防晒机理12l 近几年，由于纳米TiO2具有优异的紫外线屏蔽作用、透明性以及无毒等特点，使其广泛地应用于防晒霜类护肤产品。防晒化妆品用纳米二氧化钛除必须具备安全无毒、防晒能力强、光热稳定性好、与化妆品其他原料有极好的相容性的特点外，本身色泽还必须浅、无色或白色最好，以利于化妆品颜色的调配。一般说来，当其粒径在30100nm之间时，对紫外线的屏蔽效果

5、最好，同时能透过可见光，使皮肤的白度显得更富自然美。为了降低白度，常采用碱式脂肪酸铁盐包覆纳米TiO2颗粒，适当地提高纳米TiO2的含量，可提高防晒系数。l 正是由于纳米二氧化钛吸收紫外线后会产生自由基，从而会加速皮肤的老化，对皮肤造成危害。132.2 TiO2.2 TiO2 2在环保领域的应用在环保领域的应用l 当二氧化钛受到波长小于3875nm的紫外光的照射时，价带上的电子跃迁到导带，激发电离出电子同时产生正电性的空穴，形成电子一空穴对，与吸附溶解在其表面的氧气和水反应。分布在表面的空穴将OH-和H2O氧化成HO自由基。HO自由基的氧化能力是在水体中存在的氧化剂中最强的，能氧化大部分的有机

6、污染物和无机污染物，而且对反应物几乎无选择性，在光催化氧化中起着决定性的作用。二氧化钛的表面电子可被溶解在表面的氧俘获形成O2-。另外表面电子具有高的还原性，可以去除水体中的金属离子。生成的原子氧和氢氧自由基使有机物被氧化、分解，最终分解为CO2、H2O和无机物。142.2.1. TiO2.2.1. TiO2 2降解废水中有机污染物降解废水中有机污染物l (1)有机磷农药废水处理: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-。l (2)氯代有机物废水处理：3-氯酚、三氯乙烯水溶液、多氯联苯类化合物完全分解为CO2、H2O和HCl。l (3)含油废水处理

7、：采用偶联法将纳米TiO2牢固的粘附于载体空心陶瓷微球表面，使其浮于水面，以辛烷为石油中烷烃的代表进行分解，有效的光催化降解水面的辛烷90以上。l (4)毛纺染整废水处理：把表面涂覆有纳米TiO2膜的玻璃填料填充于玻璃反应器中，毛纺染整废水在反应器内循环进行光催化氧化处理。l (5)印染废水处理152.2.2. 2.2.2. 降解水中无机污染物降解水中无机污染物l (1)含铬废水的处理：用TiO2掺杂Pb 2+作为吸附剂，利用TiO2薄膜在光催化下使Cr6+转化成Cr3+，去除率为995。l (2)含氰废水的处理：水中的CN-通常与金属离子形成稳定的配合物，一般方法很难使其氧化。CN-与O2同

8、光催化剂作用生成的自由基发生氧化反应，经氰酸盐最终分解成二氧化碳、氨。l (3)NO2-废水的处理：Fe3+掺杂的Fe3+TiO2SiO2复合纳米粉末，降解率达到最大值995。l (4)含铅废水的处理：利用担载Pt的催化剂PtTiO2，Pb2+不仅会得到电子还原为零价铅，而且还会直接氧化为PbO2，将其去除。l (5)含汞废水的处理：同六价铬还原相似，无机汞离子从半导体导带到电子而被还原到零价汞。162.2.3. 2.2.3. 对室内空气中污染物的降解对室内空气中污染物的降解l 纳米TiO2光催化技术在清除挥发性有机物上(VOC)具有独到之处，能将许多难于用其他方法降解的污染物最终达到无机化，

9、一般生成二氧化碳和水，以及相应的化合物。l 例如在紫外线照射下通过室内喷涂吸附能力强的锐钛型纳米TiO2涂层可以分解装修过的房间存在的大量游离甲醛、苯系物、酮类等有机挥发物，吸烟产生的乙醛、家庭灰尘产生的硫醇等有机异臭，还可分解油份和有机的表面污染。172.2.42.2.4对大气中污染物的降解对大气中污染物的降解l 纳米级TiO2制成环保涂料，对空气中易产生温室效应、酸雨、臭氧空洞及光化学烟雾的主要污染物之一的NOx具有一定的降解效果。NO2及NO吸附在涂料上后，分别与纳米二氧化钛表面产生的活性氧和氢氧根自由基发生氧化还原反应，生成硝酸，从而达到消除大气中氮氧化物的目的。l 利用纳米二氧化钛的

10、光催化作用可将这些气体氧化，形成蒸汽压低的硝酸和硫酸，这些硝酸和硫酸可通过水溶液吸收加以除去，从而达到净化空气的目的。182.2.52.2.5对城市生活垃圾的处理对城市生活垃圾的处理l 从垃圾堆放场流出的渗滤液，可渗透到地下，对地下水引起严重的污染。研究以紫外线杀菌灯为光源，采用锐钛型TiO2粉末悬浮相与TiO2膜固定相两种处理方式，对实验水样进行了光催化氧化试验并对其光氧化分解进行了深入探讨。结果表明，光催化氧化技术用于垃圾填埋场渗滤液的深度处理，采用紫外光源无论从效果上和价格上都是可行的，而且该技术可氧化一般生物处理难于分解的色素与COD，其处理水质可达国家一级排放标准。192.3 2.3

11、 涂料涂料l 水性纳米氟碳涂料：以含氟丙烯酸酯为主要成膜物的氟碳涂料有优异的耐候、耐污、耐腐蚀的性能。在氟碳涂料中引入纳米材料，改性的涂料在原有性能的基础上，呈现出耐候性、耐久性、耐化学药品性、防腐性、耐寒性、耐热性、耐磨性、绝缘性、非粘附性、光催化性、耐污染性、吸波性等。l 添加了具有光催化活性的纳米TiO2的环保涂料，已应用于环境空气净化，并扩展到室内的卫生保健，应用领域正在不断扩大。202.3.1 2.3.1 光催化环保涂料光催化环保涂料l 纳米TiO2氟碳涂料光照过程产生的羟基与生物大分子（如脂类、蛋白质、酶以及核酸）通过一系列氧化链式反应对生物细胞结构引起广泛的损伤性破坏，攻击有机物

12、的不饱和键或抽取氢原子，使细菌蛋白质变异或脂类分解（多肽链断裂和糖类解聚），将细胞质中的原生质活酶破坏，以此杀灭细菌使之分解，赋予涂料很强的杀菌抑菌功能，对空气中细菌、霉菌、发臭有机物等有净化的作用；有长期的防霉防藻效果，强劲的抗粉尘和抗脏物的粘附能力；疏水性极佳，容易清洗涂层表面的污物。212.3.2 2.3.2 自清洁涂料自清洁涂料l 氟碳树脂中引入亲水分子基团，使涂膜表面亲水化，当雨水从涂膜自上而下流动时，吸附在涂膜表面的污染物脱离涂膜而浮在水膜表面，被雨水冲洗干净，被雨水冲洗干净，避免雨痕污染，达到自清洁效果。22l 重防腐涂料l 抗老化超耐候涂料l 隐身涂料233. 3. 纳米纳米T

13、iOTiO2 2的生物安全性研究的生物安全性研究l 纳米TiO2进侵入生物体的途径：由于纳米TiO2在涂料，污水处理，空气净化，化妆品，食品等众多领域都有广泛的应用，因此它极有可能通过水，食物，空气和皮肤接触进入人体，对人类的健康有潜在的危害。l 张学治等研究了水环境中的纳米TiO2在鲤鱼体内的富集情况，暴露于3 mg/L及10 mg/L的P25二氧化钛25 d时，鲤鱼体内的纳米二氧化钛浓度分别达到2.1mg/g和5.8mg/g，尤其在内脏与腮中具有很高的富集。l Zs. Kertesz等采用猪皮肤为模型，发现纳米TiO2能进入角质层，最深能到达颗粒层，但并不能完全透过颗粒层。l Bermud

14、ez等将老鼠暴露于10mgL纳米TiO2，颗粒中进行13周时间的雾化吸入实验(5dw，6hd)，发现老鼠肺部纳米TiO2颗粒超载，同时引发了一系列炎症，如引起老鼠体内巨噬细胞和嗜中性粒细胞的增加、逐步纤维化、蛋白和乳酸脱氢酶的含量增加。24l 纳米TiO2的细胞毒性：纳米TiO2的尺寸和生物大分子很接近，因此很容易与细胞膜产生相互作用，引起细胞膜的通透性改变。纳米TiO2对细胞的损伤首先体现在它对细胞膜的破坏，使细胞坏死。l 纳米TiO2可以抑制细胞生长，采用假单胞菌属作为培养对象，在纳米TiO2的存在下，经UV照射40 min后，纳米TiO2对细胞生长的抑制率达到60%72%。l 纳米TiO2对遗传物质的损伤：Dunford等用含有纳米TiO2的防晒化妆品作用于核酸PB DNA ，采用介于300400 nm的紫外线照射，通过DNA凝胶电泳分析，发现了DNA的解旋与断裂。25l 虽然目前有关纳米TiO2产品的潜在危害的相关实验还不是特别充分，且存在一定