納米TiO2（課堂PPT）

1、1納米納米TiO2研究進展研究進展2納米納米TiOTiO2 2l 納米二氧化鈦，亦稱納米鈦白粉。從尺寸大小來說，通常產生物理化學性質顯著變化的細小微粒的尺寸在100納米以下，其外觀為白色疏松粉末。具有抗紫外線、抗菌、自潔凈、抗老化功效，可用于化妝品、功能纖維、塑料、油墨、涂料、油漆、精細陶瓷等領域。 31.1 1.1 納米納米TiOTiO2 2的結構的結構穩(wěn)定而致密，較高的硬度、密穩(wěn)定而致密，較高的硬度、密度、介電常數(shù)及折射率，遮蓋度、介電常數(shù)及折射率，遮蓋力和著色力較高力和著色力較高 光催化活性高光催化活性高化妝品化妝品催化劑催化劑 殺菌殺菌41.2 1.2 納米納米TiOTiO2 2的光致

2、特性的光致特性51.3 1.3 納米納米TiOTiO2 2的制備的制備61.3.1 1.3.1 溶膠一凝膠法溶膠一凝膠法l 溶膠-凝膠法具有純度好，均勻性高、反應溫度低等優(yōu)點，是制備納米二氧化鈦最常用的方法之一，其原料主要是TiCl3、TiCl4和Ti(O-Bu)4等，以無機酸作為催化劑，在有機溶液中進行水解和縮合制得溶膠，然后進一步縮合得到凝膠，再將凝膠干燥煅燒即可得到納米二氧化鈦，其反應方程式如下：71.3.2 1.3.2 膠溶法膠溶法l 膠溶法具有成本低、原料豐富、產品粒徑小等優(yōu)點，但是也有工藝流程長，自動化程度低等缺點，如果控制不好的話納米二氧化鈦的分散性會比較差。膠溶法主要以硫酸氧鈦

3、為原料，先用堿進行中和，再用酸溶解，形成二氧化鈦的溶膠，再經過有機溶劑的處理，蒸餾和熱處理，然后高溫煅燒，即可得到不同晶型的納米二氧化鈦，其反應方程式如下:81.3.3 TiCl1.3.3 TiCl4 4水解法水解法l TiCl4水解法就是以TiCl4為原料，以堿為催化劑，得到Ti02的水合物，然后經過離心、洗滌、干燥和煅燒即可得到納米二氧化鈦。91.3.4 1.3.4 水熱法水熱法l 水熱法具有產物粒徑小、分布均勻、潔凈度好、團聚少等優(yōu)點，但是反應時必須要在高溫高壓進行，因此一般要在耐腐蝕的密閉高壓反應釜總進行反應，對設備的要求比較高，成本也較高。水熱法一般就是將原料，如醇鈦鹽、硫酸氧鈦等加

4、入到高壓反應釜中，然后放入烘箱，按一定的要求升溫加熱，然后持續(xù)恒溫規(guī)定的時間后，打開高壓反應釜，對罩面的物質進行洗滌干燥即可得到納米二氧化鈦。102. 2. 納米納米TiOTiO2 2的應用的應用112.1 2.1 納米納米TiOTiO2的防曬機理的防曬機理12l 近幾年，由于納米TiO2具有優(yōu)異的紫外線屏蔽作用、透明性以及無毒等特點，使其廣泛地應用于防曬霜類護膚產品。防曬化妝品用納米二氧化鈦除必須具備安全無毒、防曬能力強、光熱穩(wěn)定性好、與化妝品其他原料有極好的相容性的特點外，本身色澤還必須淺、無色或白色最好，以利于化妝品顏色的調配。一般說來，當其粒徑在30100nm之間時，對紫外線的屏蔽效果

5、最好，同時能透過可見光，使皮膚的白度顯得更富自然美。為了降低白度，常采用堿式脂肪酸鐵鹽包覆納米TiO2顆粒，適當?shù)靥岣呒{米TiO2的含量，可提高防曬系數(shù)。l 正是由于納米二氧化鈦吸收紫外線后會產生自由基，從而會加速皮膚的老化，對皮膚造成危害。132.2 TiO2.2 TiO2 2在環(huán)保領域的應用在環(huán)保領域的應用l 當二氧化鈦受到波長小于3875nm的紫外光的照射時，價帶上的電子躍遷到導帶，激發(fā)電離出電子同時產生正電性的空穴，形成電子一空穴對，與吸附溶解在其表面的氧氣和水反應。分布在表面的空穴將OH-和H2O氧化成HO自由基。HO自由基的氧化能力是在水體中存在的氧化劑中最強的，能氧化大部分的有機

6、污染物和無機污染物，而且對反應物幾乎無選擇性，在光催化氧化中起著決定性的作用。二氧化鈦的表面電子可被溶解在表面的氧俘獲形成O2-。另外表面電子具有高的還原性，可以去除水體中的金屬離子。生成的原子氧和氫氧自由基使有機物被氧化、分解，最終分解為CO2、H2O和無機物。142.2.1. TiO2.2.1. TiO2 2降解廢水中有機污染物降解廢水中有機污染物l (1)有機磷農藥廢水處理:在TiO2的懸濁液中，通過光催化氧化，含磷有機物可完全無機化，并能定量的生成PO43-。l (2)氯代有機物廢水處理：3-氯酚、三氯乙烯水溶液、多氯聯(lián)苯類化合物完全分解為CO2、H2O和HCl。l (3)含油廢水處理

7、：采用偶聯(lián)法將納米TiO2牢固的粘附于載體空心陶瓷微球表面，使其浮于水面，以辛烷為石油中烷烴的代表進行分解，有效的光催化降解水面的辛烷90以上。l (4)毛紡染整廢水處理：把表面涂覆有納米TiO2膜的玻璃填料填充于玻璃反應器中，毛紡染整廢水在反應器內循環(huán)進行光催化氧化處理。l (5)印染廢水處理152.2.2. 2.2.2. 降解水中無機污染物降解水中無機污染物l (1)含鉻廢水的處理：用TiO2摻雜Pb 2+作為吸附劑，利用TiO2薄膜在光催化下使Cr6+轉化成Cr3+，去除率為995。l (2)含氰廢水的處理：水中的CN-通常與金屬離子形成穩(wěn)定的配合物，一般方法很難使其氧化。CN-與O2同

8、光催化劑作用生成的自由基發(fā)生氧化反應，經氰酸鹽最終分解成二氧化碳、氨。l (3)NO2-廢水的處理：Fe3+摻雜的Fe3+TiO2SiO2復合納米粉末，降解率達到最大值995。l (4)含鉛廢水的處理：利用擔載Pt的催化劑PtTiO2，Pb2+不僅會得到電子還原為零價鉛，而且還會直接氧化為PbO2，將其去除。l (5)含汞廢水的處理：同六價鉻還原相似，無機汞離子從半導體導帶到電子而被還原到零價汞。162.2.3. 2.2.3. 對室內空氣中污染物的降解對室內空氣中污染物的降解l 納米TiO2光催化技術在清除揮發(fā)性有機物上(VOC)具有獨到之處，能將許多難于用其他方法降解的污染物最終達到無機化，

9、一般生成二氧化碳和水，以及相應的化合物。l 例如在紫外線照射下通過室內噴涂吸附能力強的銳鈦型納米TiO2涂層可以分解裝修過的房間存在的大量游離甲醛、苯系物、酮類等有機揮發(fā)物，吸煙產生的乙醛、家庭灰塵產生的硫醇等有機異臭，還可分解油份和有機的表面污染。172.2.42.2.4對大氣中污染物的降解對大氣中污染物的降解l 納米級TiO2制成環(huán)保涂料，對空氣中易產生溫室效應、酸雨、臭氧空洞及光化學煙霧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，分別與納米二氧化鈦表面產生的活性氧和氫氧根自由基發(fā)生氧化還原反應，生成硝酸，從而達到消除大氣中氮氧化物的目的。l 利用納米二氧化鈦的

10、光催化作用可將這些氣體氧化，形成蒸汽壓低的硝酸和硫酸，這些硝酸和硫酸可通過水溶液吸收加以除去，從而達到凈化空氣的目的。182.2.52.2.5對城市生活垃圾的處理對城市生活垃圾的處理l 從垃圾堆放場流出的滲濾液，可滲透到地下，對地下水引起嚴重的污染。研究以紫外線殺菌燈為光源，采用銳鈦型TiO2粉末懸浮相與TiO2膜固定相兩種處理方式，對實驗水樣進行了光催化氧化試驗并對其光氧化分解進行了深入探討。結果表明，光催化氧化技術用于垃圾填埋場滲濾液的深度處理，采用紫外光源無論從效果上和價格上都是可行的，而且該技術可氧化一般生物處理難于分解的色素與COD，其處理水質可達國家一級排放標準。192.3 2.3

11、 涂料涂料l 水性納米氟碳涂料：以含氟丙烯酸酯為主要成膜物的氟碳涂料有優(yōu)異的耐候、耐污、耐腐蝕的性能。在氟碳涂料中引入納米材料，改性的涂料在原有性能的基礎上，呈現(xiàn)出耐候性、耐久性、耐化學藥品性、防腐性、耐寒性、耐熱性、耐磨性、絕緣性、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納米TiO2的環(huán)保涂料，已應用于環(huán)境空氣凈化，并擴展到室內的衛(wèi)生保健，應用領域正在不斷擴大。202.3.1 2.3.1 光催化環(huán)保涂料光催化環(huán)保涂料l 納米TiO2氟碳涂料光照過程產生的羥基與生物大分子（如脂類、蛋白質、酶以及核酸）通過一系列氧化鏈式反應對生物細胞結構引起廣泛的損傷性破壞，攻擊有機物

12、的不飽和鍵或抽取氫原子，使細菌蛋白質變異或脂類分解（多肽鏈斷裂和糖類解聚），將細胞質中的原生質活酶破壞，以此殺滅細菌使之分解，賦予涂料很強的殺菌抑菌功能，對空氣中細菌、霉菌、發(fā)臭有機物等有凈化的作用；有長期的防霉防藻效果，強勁的抗粉塵和抗臟物的粘附能力；疏水性極佳，容易清洗涂層表面的污物。212.3.2 2.3.2 自清潔涂料自清潔涂料l 氟碳樹脂中引入親水分子基團，使涂膜表面親水化，當雨水從涂膜自上而下流動時，吸附在涂膜表面的污染物脫離涂膜而浮在水膜表面，被雨水沖洗干凈，被雨水沖洗干凈，避免雨痕污染，達到自清潔效果。22l 重防腐涂料l 抗老化超耐候涂料l 隱身涂料233. 3. 納米納米T

13、iOTiO2 2的生物安全性研究的生物安全性研究l 納米TiO2進侵入生物體的途徑：由于納米TiO2在涂料，污水處理，空氣凈化，化妝品，食品等眾多領域都有廣泛的應用，因此它極有可能通過水，食物，空氣和皮膚接觸進入人體，對人類的健康有潛在的危害。l 張學治等研究了水環(huán)境中的納米TiO2在鯉魚體內的富集情況，暴露于3 mg/L及10 mg/L的P25二氧化鈦25 d時，鯉魚體內的納米二氧化鈦濃度分別達到2.1mg/g和5.8mg/g，尤其在內臟與腮中具有很高的富集。l Zs. Kertesz等采用豬皮膚為模型，發(fā)現(xiàn)納米TiO2能進入角質層，最深能到達顆粒層，但并不能完全透過顆粒層。l Bermud

14、ez等將老鼠暴露于10mgL納米TiO2，顆粒中進行13周時間的霧化吸入實驗(5dw，6hd)，發(fā)現(xiàn)老鼠肺部納米TiO2顆粒超載，同時引發(fā)了一系列炎癥，如引起老鼠體內巨噬細胞和嗜中性粒細胞的增加、逐步纖維化、蛋白和乳酸脫氫酶的含量增加。24l 納米TiO2的細胞毒性：納米TiO2的尺寸和生物大分子很接近，因此很容易與細胞膜產生相互作用，引起細胞膜的通透性改變。納米TiO2對細胞的損傷首先體現(xiàn)在它對細胞膜的破壞，使細胞壞死。l 納米TiO2可以抑制細胞生長，采用假單胞菌屬作為培養(yǎng)對象，在納米TiO2的存在下，經UV照射40 min后，納米TiO2對細胞生長的抑制率達到60%72%。l 納米TiO2對遺傳物質的損傷：Dunford等用含有納米TiO2的防曬化妝品作用于核酸PB DNA ，采用介于300400 nm的紫外線照射，通過DNA凝膠電泳分析，發(fā)現(xiàn)了DNA的解旋與斷裂。25l 雖然目前有關納米TiO2產品的潛在危害的相關實驗還不是特別充分，且存在一定