二氧化钛及其应用

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1、编辑本段简介纳米二氧化钛，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。纳米二氧化钛俗称纳米钛白粉，它主要有两种结晶形态：锐钛型(Anatase )和金红石型(Rutile )。金红石型二氧化钛比锐钛型二氧化钛 稳定而致密，有较高的硬度、密度、介电常数及折射率，其遮盖力和着色 力也较高。而锐钛型二氧化钛在可见光短波部分的反射率比金红石型二氧 化钛高，带蓝色色调，并且对紫外线的吸收能力比金红石型低，光催化活 性比金

2、红石型高。在一定条件下，锐钛型二氧化钛可转化为金红石型二氧 化钛。编辑本段分类一. 按照晶型可分为：金红石型纳米钛白粉和锐钛型纳米钛白粉。二. 按照其表面特性可分为：亲水性纳米钛白粉和亲油性纳米钛白粉。 三，按照外观来分：有粉体和液体之分，粉体一般都是白色，液体有白色和半透明状。编辑本段主要技术指标以下指标并非指的是某一公司产品指标，而是市场上常见的，故有些 数据并不能套在某一产品上。技术数据金红石型纳米级钛白粉锐钛型纳米级钛白粉性状白色粉末白色粉末晶型金红石型锐钛型金红石含量99粒径(nm)20-5015-50干燥减量11灼烧减量10-2510表面特性亲水性或亲油性亲水性或亲油性PH6.5-

3、8.56.5-8.5比表面积（m2/g）80-20080-200重金属（以Pb计）%0.00150.0015砷（As） W%0.00080.0008铅（Pb） W%0.00050.0005汞（Hg） W%0.00010.0001编辑本段应用特性纳米Ti02的功能及用途纳米TiO2具有十分宝贵的光学性质，在汽车工业及诸多领域都显示出 美好的发展前景。纳米TiO2还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、 超亲水性、非迁移性，且完全可以与食品接触，所以被广泛应用于抗紫外 材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业中。2.1.杀菌功能在紫外线作用下，以0.

4、1mg/cm3浓度的超细TiO2可彻底地杀死恶性 海 拉细胞，而且随着超氧化物歧化酶（SOD）添加量的增多，TiO2光催化杀死 癌细胞的效率也提高；用TiO2光催化氧化深度处理自来水，可大大减少水 中的细菌数，饮用后无致突变作用，达到安全饮用水的标准。在涂料中添 加纳米TiO2可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料，可应用 于医院病房、手术室及家庭卫生间等细菌密集、易繁殖的场所，可有效杀 死大肠杆菌、黄色葡萄糖菌等有害细菌，防止感染。因此，纳米TiO2能净化空气，具有除臭功能。1）纳米二氧化钛抗菌特点：1对人体安全无毒，对皮肤无刺激性。2抗菌能力强，抗菌范围广。3无臭味、怪味，气味小。

5、4耐水洗，储存期长。5热稳定性好，高温下不变色，不分解，不挥发，不变质。6即时性好，纳米二氧化钛抗菌剂仅需 1h就能发挥效果，而其他银系 抗菌剂效果则需约24h。7纳米二氧化钛是一种永久性维持抗菌效果的抗菌剂。8具有很好的安全性，科用于食品添加剂等，与皮肤接触无不良影响。2）纳米二氧化钛的抗菌原理：纳米二氧化钛在光催化作用下使细菌分解而达到抗菌效果的。由于纳 米二氧化钛的电子结构特点为一个满 TiO2的价带和一个空的导带，在水 和空气的体系中，纳米二氧化钛在阳光尤其是在紫外线的照射下，当电 子能量达到或超过其带隙能时，电子就可从价带激发到导带，同时在价带 产生相应的空穴，即生成电子、空穴对，在

6、电场的作用下，电子与空穴发 生分离，迁移到粒子表面的不同位置，发生一系列反应：TiO2 + hv e+ hH2O + h 0H+ HO2 +e O2 O2+ HHO22HO2 O2 + H2O2H2O2 +O2 OH+OH +O2吸附溶解在TiO2表面的氧俘获电子形成O2 ，生成的超氧化物阴离 子自由基与多数有机物反应（氧化），同时能与细菌内的有机物反应，生成 CO2和H2O;而空穴则将吸附在 TiO2表面的OH和H2O氧化成OH,OH 有很强的氧化能力，攻击有机物的不饱和键或抽取 H原子产生新自由基， 激发链式反应，最终致使细菌分解。TiO2的杀菌作用在于它的量子尺寸效应，虽然钛白粉（普通T

7、iO2）也 有光催化作用，也能够产生电子、空穴对，但其到达材料表面的时间在微 秒级以上，极易发生复合，很难发挥抗菌效果，而达到纳米级分散程度的 TiO2，受光激发的电子、空穴从体内迁移到表面，只需纳秒、皮秒、甚至飞秒的时间，光生电子与空穴的复合则在纳秒量级，能很快迁移到表面，攻击细菌有机体，起到相应的抗菌作用。惠尔牌纳米二氧化钛具有很咼的表面活性，抗菌能力强，产品易于分 散。经试验表明，惠尔牌纳米二氧化钛对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌和曲霉菌等具有很强的杀菌能力，已广泛应用于纺织、 陶瓷、橡胶、医药等领域的抗菌产品，深受广大用户的欢迎。3）国内外对纳米二氧化钛抗菌性的研究及应用

8、实例1农田抗菌剂：日本开发了一种新型无菌杀菌剂。其主要成分为纳米 二氧化硅、纳米二氧化钛和银、铜等离子，可用于土壤中，对所有的细菌 都有很强的抗菌性。改杀菌剂是陶瓷类微量混合金属离子，并在含有相同 离子的催化剂作用下，具有使土壤中的氧活化之功能，该功能能持续时间 长达2-5年。2卫生陶瓷洁具：陶瓷的烧结温度很高，故只能添加高温下稳定的无 菌抗菌剂。日本最近开发出的用纳米二氧化硅包覆的抗菌陶瓷用品。其制 造工艺是先将纳米二氧化钛加水制成浆料涂在陶瓷表面上，高温烧结即得 到1微米厚的光催化纳米二氧化钛薄膜产品。在光照射下，就能完全杀死 其表面的细菌。微量在微弱光下也有抗菌性，科在纳米二氧化钛浆料中

9、加 银、铜等离子化合物。这种陶瓷的持久性、耐酸和耐碱行好，是医药、宾 馆、家庭浴缸、地砖、卫生设施等抗菌除臭的理想陶瓷。3水处理：美国德克萨斯大学研究人员利用纳米二氧化钛和太阳光进 行灭菌。他们将大肠杆菌和纳米二氧化钛混合液在大于380nm的光线照射下，发现大肠杆菌被迅速杀死。这种技术有可能成为目前用氯化方法水处 理的代用技术。4新型抗菌荧光灯：日本制作新开发了具有抗菌作用的信息荧光灯，并于1997年商品化。这种灯寿命长，节能，应用前景广阔。该等表面涂布了光催化杀菌 剂纳米二氧化钛，能分解等表面的油渍、空气中的菌类异臭等。清扫胜利， 且具有防止灯光发暗的效果。5抗菌纤维：抗菌纤维和除臭纤维是信

10、息的功能纤维，这些是将纳米二 氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化锌等微粉掺入天然、人工聚合物或长丝 中，再纺制出各种抗菌和除臭纤维。抗菌纤维具有优良的保健功能。6抗菌建材和抗菌涂料：据报道，抗菌钛可杀死周围的菌类，具有抗 菌、防锈、分解异臭、防污、减少二氧化氮含量等功能。不仅能将房间内 新建材、粘结剂等产生的甲醛、吸烟产生的乙醛、家庭灰尘等产生的甲硫 醇等有机异臭在紫外线照射下分解而消除掉，还能分解油分和有机物的表 面污染。对油膜带3日照射就可以明显减少，5日照射就不留痕迹。对有机 染料经3日照射，颜色就可消退。利用这种性能，可将抗菌钛用作外壁和 内墙装饰材料。在建筑物的屋顶和外墙上、医院手术室的

11、手术台和墙壁上常附着细菌 如果涂刷光催化纳米二氧化钛涂层或墙砖，在阳光或室内弱光照射下，细 菌能很快消灭。而且，经雨水冲刷科随时把氧化分解后的污垢物冲刷掉。7杀灭口腔微生物：纳米二氧化钛能杀灭 S.Mutans株AHT（血清型）， 还能杀灭仓鼠属链球菌SH-6、鼠属链球菌FA-1和黏性放线菌ATCC-19246。 研究表明，纳米二氧化钛粒度越细、分散性越好、比表面积越大，杀菌效 果越好。2.2防紫外线功能纳米TiO2既能吸收紫外线，又能反射、散射紫外线，还能透过可见光， 是性能优越、极有发展前途的物理屏蔽型的紫外线防护剂。纳米二氧化钛的抗紫外线机理：按照波长的不同，紫外线分为短波区190280

12、 nm、中波区280320 nm、 长波区320400nm。短波区紫外线能量最高，但在经过离臭氧层时被阻挡， 因此，对人体伤害的一般是中波区和长波区紫外线。纳米二氧化钛的强抗紫外线能力是由于其具有高折光性和高光活性。其抗紫外线能力及其机理与其粒径有关：当粒径较大时，对紫外线的阻隔是 以反射、散射为主，且对中波区和长波区紫外线均有效。防晒机理是简单的 遮盖，属一般的物理防晒，防晒能力较弱；随着粒径的减小，光线能透过纳米 二氧化钛的粒子面，对长波区紫外线的反射、散射性不明显，而对中波区紫 外线的吸收性明显增强。其防晒机理是吸收紫外线，主要吸收中波区紫外 线。由此可见，纳米二氧化钛对不同波长紫外线的

13、防晒机理不一样，对长 波区紫外线的阻隔以散射为主，对中波区紫外线的阻隔以吸收为主。纳米二氧化钛在不同波长区均表现出优异的吸收性能，与其他有机防 晒剂相比，纳米二氧化钛具有无毒、性能稳定、效果好等特点。日本资生 堂应用10-100nm的纳米二氧化钛作为防晒成分添加于口红、面霜中，其防 晒因子可大SPF11-19。惠尔牌纳米二氧化钛由于粒径小，活性大，既能反射、散射紫外线，又能 吸收紫外线，从而对紫外线有更强的阻隔能力。与同样剂量的一些有机紫外 线防护剂相比，惠尔牌纳米二氧化钛在紫外区的吸收峰更高，更可贵的是 它还是广谱屏蔽剂，不象有机紫外线防护剂那样只单一对UVA或UVB有吸收。它还能透过可见光

14、，加入到化妆品使用时皮肤白度自然，不象颜料级 TiO2，不能透过可见光，造成使用者脸上出现不自然的苍白颜色。利用纳米TiO2的透明性和紫外线吸收能力还可用作食品包装膜、 油墨、 涂料、纺织制品和塑料填充剂，可以替代有机紫外线吸收剂，用于涂料中 可提高涂料耐老化能力。2.3光催化功能惠尔牌的纳米二氧化钛采用液相法制备出的二氧化钛具有粒子团聚 少、化学活性高，粒径分布窄、形貌均一等特性，具有很强的光催化性能， 已广泛应用于环保中。(1) 气体净化环境有害气体可分为室内有害气体和大气污染气体。室内有害气体主 要有装饰材料等放出的甲醛及生活环境中产生的甲硫醇、硫化氢及氨气等。 纳米二氧化钛通过光催化作

15、用可将吸附于其表面的这些物质分解氧化，从 而使空气中这些物质的浓度降低，减轻或消除环境不适感。另外，TiO2在光照下对环境中微生物的抑制或杀灭作用，因此，纳米 TiO2能净化空气，具有除臭功能。(2) 对有机废水的处理，效果十分理想。纳米TiO2复合材料对有机废水的处理，效果十分理想。以TiO2为光催化剂，在光照的条件下，可使水中的烃类、卤代物、羧酸等发生氧化-还原反应，并逐步降解，最终完全氧化为环境友好的CO2和H2O等无害物质。杭州万景新材料有限公司 采用新型纳米二氧化钛载银复合催化剂，对印染 和精炼废水生化处理后的出水进行深度处理，光照120min后，印染和精炼废水的CODcr去除率分别为75.3%和83.4%。经研究表明，在太阳光照射下 用多孔纳米TiO2薄膜处理水溶液中的敌敌畏有很好的效果。除此之外，纳 米TiO2还可有效地用于含CN的工业废水的光催化降解。（3）处理无机污水除有机物外，许多无机物在TiO2表面也具有光学活性，例如无机污水 中的Cr6+接触到TiO2催化剂表面时，能够捕获表面的光生电子而发生还原 反应，使高价有毒的Cr6+降解为毒性较低或无毒的Cr3+，从而起到净化