【正文】 生氧化一還原反應，使表面生成具有氧化性極強的羥基，將附著在外墻、玻璃表面的有機物以及微生物、細菌分解；二是利用涂料經(jīng)太陽光照射后，表面具有超親水性，這樣雨水沖刷時不會形成雨痕，而是平鋪在材料表面，并將表面的污物沖刷干凈，從而達到自清潔的作用．并且具有防霧功能。 摻入金屬離子改善Ti02光催化性能的機理：金屬離子摻雜可以在半導體晶格中引入空穴位置或改變結(jié)晶度等，從而影響電子一空穴對的復合，提高對可見光的利用率。銳鈦礦結(jié)構(gòu)是由TiO6八面體共邊組成，而金紅石和板鈦礦結(jié)構(gòu)則是由八面體共頂點且共邊組成。納米TiO2有很高的化學穩(wěn)定性、無毒性、非遷移性，完全可與食品接觸。其機理如圖11所示，在光照條件下，如果光子能量達到或超過其帶隙能時，其價帶電子被激發(fā)躍遷進入到導帶，在導帶上產(chǎn)生帶負電的高活性電子，在價帶上留下帶正電荷的空穴。Bruslnl 提出的球箱勢阱模型認為:納米TiO2由于量子尺寸效應帶來的能級改變，能隙變寬，會使微粒的光吸收發(fā)生藍移，發(fā)射能量增強，光催化驅(qū)動力增大，可導致光催化活性提高，光電化學性質(zhì)穩(wěn)定。人們在使用陶瓷制品如浴盆、便池、碗、碟、盤以及各類建材，如內(nèi)墻磚、地磚等時，這些場所有著細菌賴以生存的溫度和濕度，會使這些陶瓷的表而沾染和滋生各種致病菌，人們與之接觸后很容易受到感染。由于二氧化鈦光催化氧化過程可以在常溫常壓下進行，所以特別適用于人類生存空間的氣體凈化。由于銳鈦型納米TiO2具有高的化學活性，因而也存在破壞涂膜，使其粉化的缺點。 鈦醇鹽氣相水解法 該工藝最早是由美國麻省理工學院開發(fā)成功的，可以用來生產(chǎn)單分散的球形納米TiO2，其化學反應式【１０】:生產(chǎn)工藝流程示意圖為【１２】：圖23鈦醇鹽氣相水解法制備納米Ti02的工藝流程圖 生產(chǎn)中，將鈦醇鹽蒸氣和水蒸氣分別引入反應器的反應區(qū)，鈦醇鹽蒸氣經(jīng)噴霧和載氣激冷形成Ti(OR)4氣溶膠顆粒，然后與水蒸氣快速水解形成二氧化鈦超細顆粒。 沉淀法是在包含一種或多種粒子的可溶性鹽溶液中加入沉淀劑后，形成不溶性的氫氧化鈦或鹽類從溶液中析出，并將溶液中原有的陰離子洗去，經(jīng)高溫鍛燒即得到所需的氧化物粉料。 該工藝過程的關(guān)鍵在于膠溶溫度和膠溶劑濃度的控制。反應完成后，通過超速離心，使納米微粉與微乳液分離，再以有機溶劑除去附著在表面的油和表面活性劑，最后干燥處理得到超細粉體。騏驥一躍，不能十步；駑馬十駕，功在不舍，舍之，朽木不折；鍥而不舍，金石可鏤。其大小可控制在幾至幾十納米之間。在此工藝中，尿素的水解速度是決定超細TiO2顆粒粒徑和產(chǎn)物收率的關(guān)鍵。但設備的型式、材質(zhì)，反應的加熱和進料及產(chǎn)物顆粒的收集和存放等問題有待進一步研究。方案B中，粒子的生成、生長和晶型的轉(zhuǎn)變在第I、II反應器中同時進行。此時，水吸附在氧空位中成為化學吸附水(表面羥基)，在其表面形成均勻分布的納米尺度的親水微區(qū)。目前常用的處理有機廢氣的方法有兩類：一類是破壞性方法，如焚燒法和催化燃燒法等，即將VOC轉(zhuǎn)化為C02和H20；另一類是非破壞方法，即回收法，常用的方法有吸附、冷凝和膜分離等?！　≡谌粘Ｉ钪腥藗兪请x不開塑料制品的，如衛(wèi)生間設施、桌而、垃圾箱、廚房用具、家用電器的塑料外殼、食品包裝袋等等，由于溫度、濕度合適，非常容易滋生感染細菌。近年來對納米TiO2的研究表明，納米粒子的光催化活性明顯優(yōu)于相應的體相材料。納米TiO2問世于20世紀80年代后期，由于其粒徑很小、比表面積大、界面原子所占比例大而具有更為獨特的性能。板鈦型是不穩(wěn)定的晶型，在650℃時會直接轉(zhuǎn)化為金紅石型。常見的非金屬摻雜元素有雜N、S、C、F等【9】。楊昕宇等人也采用溶膠—凝膠方法制備Ag摻雜Ti02，摻雜Ag的摩爾濃度為lmo1/L、2mo1/L、5mo1/L，利用XID對Ag不同摻雜濃度的Ti02的晶型結(jié)構(gòu)進行了表征。高絕緣性能的玻璃鋼。 量子尺寸效應。納米Ti02是一種重要的半導體金屬氧化物，通常存在3種晶體形式：銳鈦礦型、金紅石型和板鈦礦型【４】，其中應用最為廣泛的是銳鈦礦型和金紅石型。10 Ti02光催化原理10 TiO2光催化性9 另一類是液相法，主要包括：溶膠一凝膠法。沉淀法，其又包括共沉淀法(液相沉淀法)和均勻沉淀法。165納米二氧化鈦的制備方法16 Ti02本身為N型半導體，具有很強的吸收和散射紫外線的能力，無刺激性，而且自身無毒、無味無刺激性、熱穩(wěn)定性與耐熱性好，具有良好的光學催化特性、耐化學腐蝕性和熱穩(wěn)定性，其綜合性能良好，可廣泛應用于污水處理、空氣凈化、抗菌防臭、表面防污自潔等領(lǐng)域。 宏觀量子「遂道效應。 陶瓷材料將納米顆粒均勻分散到陶瓷基體中，可改善和提高材料的力學性能。結(jié)果表明：摻雜Ag降低了Ti02從銳鈦礦相向金紅石相轉(zhuǎn)變的溫度，促進了Ti02晶型結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，并且適量的摻雜，可以使具有光催化活性的銳鈦礦粒子粒徑減小。 本論文選題的的意義 隨著我國環(huán)境低碳產(chǎn)業(yè)和建筑節(jié)能的實施，對新型環(huán)境友好型材料的需求越來越大，同時要求這種環(huán)境友好型材料具有以下特點：不易附著污染或者附著的污染物能借助于雨水、風力等外界自然條件被去除，能夠凈化空氣、降解有害污染物、抗菌殺毒作用等特點。板鈦型只存在于自然界的礦石中，數(shù)量也不多。例如：優(yōu)異的紫外屏蔽作用、透明無毒、奇特的顏色效應及光化學催化作用等，使其一經(jīng)面世即備受青睞，在汽車工業(yè)、防曬化妝品、高級涂料、廢水處理、殺菌、環(huán)保、吸附劑及功能陶瓷材料等方面有著廣闊的應用前景。4納米TiO2的功能及應用 納米二氧化鈦的性能 納米TiO2作為一種21世紀的新型多功能材料，廣泛應用于環(huán)境保護、化妝品、涂料、特殊材料的制備以及醫(yī)藥等方面。因此，對此類材料進行抗菌處理，是極其必要的。20世紀90年代，國際上開始嘗試用光催化氧化法去除有機廢氣。當停止光照，化學吸附的羥基被空氣中的氧取代，重又回到疏水狀態(tài)。 這種工藝還處于實驗室小試階段，該工藝的關(guān)鍵是要解決噴嘴和反應器的結(jié)構(gòu)設計及鈦白粉粒子遇冷壁結(jié)疤的問題。 除了上述各種氣相合成法外，氣相法還有低溫等離子體化學法、flat強光離子束蒸發(fā)法等，雖然這些方法制得的粉體純度高、粒徑分布窄、分散性好，但由于生產(chǎn)成本高，應用價值不大。 溶膠一萃取法 溶膠一萃取法為相轉(zhuǎn)移法的一種，其化學原理為:沉淀反應:膠溶反應:熱處理：生產(chǎn)工藝流程（以硫酸氧鈦液為原料)示意圖為【１７】：溶膠—萃取法制備納米Ti02的工藝流程圖 溶膠一萃取法的制備過程為:將堿性水溶液按一定比例加入到TiOSO4水溶液中，生成二氧化鈦水合物沉淀，再加酸使其變成帶正電荷的透明溶膠。 其反應機理為:當兩種微乳液混合后，由于膠團顆粒的碰撞，發(fā)生水核內(nèi)物質(zhì)的相互交換和傳遞，這種交換非?？??！蔽嶙孕盘斓莱昵?，學必有所成。一旦水核內(nèi)粒子長到一定尺寸，表面活性劑分子將附在粒子表面，使粒子穩(wěn)定并防止其進一步長大。然后加入有機溶劑，劇烈振蕩，使膠體粒子轉(zhuǎn)入有機相中，得到有機溶膠、再經(jīng)回流、減壓蒸餾和熱處理即得納米TiO2粉體。凝膠經(jīng)干燥、鍛燒得到納米二氧化鈦其反應如下: 生產(chǎn)工藝流程示意圖為【１６】：溶膠—凝膠法制備納米TiO2的工藝流程圖 利用溶膠一凝膠法制得的TiO2粉末分布均勻、分散性好、純度高、鍛燒溫度低、反應易控制、副反應少、工藝操作簡單，能適用于如電子陶瓷等對粉料要求高的應用領(lǐng)域，但是原料成本高，工藝復雜。但副產(chǎn)品為有害氣體氯氣、蝕性大、且溫度高，對設備要求高、技術(shù)難度大、產(chǎn)量不高。通過以上雙重作用，使涂料具有長期耐沾污效應。研究表明，醛類、酮類、醇類等含氧有機物、烯類、炔類等不飽和烴及鹵代烴具有較好的降解性，而短鏈烷烴、玩烷烴、多環(huán)烷烴的光催化降解性較差，有機物光催化降解的難易主要與其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有關(guān)【7】?？咕沾稍?0世紀80年代末，工業(yè)發(fā)達國家在醫(yī)院、餐廳、高級住宅率先使用了抗菌陶瓷。 當Ti02粒子在幾個納米范圍內(nèi)即與德布羅意波長相近，半導體Ti02納米微粒的電子態(tài)由體相材料的連續(xù)能帶過渡到分立結(jié)構(gòu)的能級，顯示出尺寸量子化的特點。 Ti02光催化原理二氧化鈦的能帶是不連續(xù)的，價帶和導帶之間存在一個禁帶。銳鈦型在常溫下是穩(wěn)定的，但在高溫下卻要向金紅石型轉(zhuǎn)化。2二氧化鈦的結(jié)構(gòu) 二氧化鈦有板鐵礦、銳鐵礦和金紅石三種晶體結(jié)構(gòu)【２】，其組成結(jié)構(gòu)的基本單位均是TiO6八面體，區(qū)別在于TiO6八面體通過共用頂點還是共邊組成骨架，見圖2l。結(jié)果表明：Ti02薄膜中銀的摻雜量小于等于635mol/L時有利于Ti02薄膜親水性能的改善；表面羥基和表面橋氧的含量對Ti02薄膜的親水性能均有直接影響。 可見，納米粉體的分散和表面改性是將粒子由砌塊狀態(tài)轉(zhuǎn)變成具有各種特殊性能的納米材料的關(guān)鍵。 納米顆粒所具有的小尺寸效應、量子尺寸效應、界面效應、宏觀量子隧道效應和介電限域效應導致了納米材料在結(jié)構(gòu)、光電、磁學和化學性質(zhì)等方面表現(xiàn)出特異性由于納米材料的奇特性質(zhì)，納米科學和納米技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。同時，納米Ti02具有超親水性和超親油性，將納米Ti02鍍于玻璃或陶瓷的表面，則鍍層表面具