納米二氧化鈦的性質(zhì)及應(yīng)用進(jìn)展

1、納米二氧化鈦的性質(zhì)及應(yīng)用進(jìn)展牙膏工業(yè)2006年第3期納米二氧化鈦的性質(zhì)及應(yīng)用進(jìn)展李志軍王紅英（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院工業(yè)中心518055）摘要:納米二氧化鈦微粒具有大的比表面積，其表面原子數(shù)，表面能和表面張力隨粒徑的下降急劇增加，由于其尺寸的細(xì)微化，表現(xiàn)出獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，導(dǎo)致納米二氧化鈦微粒的熱，光，敏感特性和表面穩(wěn)定性等方面不同于常規(guī)粒子，這就使其在環(huán)境，信息，材料，能源，醫(yī)療與衛(wèi)生等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景.綜述了納米二氧化鈦的性質(zhì)，并介紹了近年來(lái)納米二氧化鈦的應(yīng)用研究發(fā)展動(dòng)態(tài).關(guān)鍵詞:納米粉體二氧化鈦性質(zhì)應(yīng)用納米微粒是指顆粒尺寸在IlOOnm的超細(xì)微粒.由于納米微粒具有了量子尺寸效應(yīng)，小尺

2、寸效應(yīng)，表面效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)，因而展現(xiàn)出許多特有的性質(zhì)，在催化，濾光，光吸收,醫(yī)藥,磁介質(zhì)及新材料等方面具有廣闊的應(yīng)用前景.納米二氧化鈦因其具有粒徑小，比表面積大，磁性強(qiáng),光催化，吸收性能好，吸收紫外線(xiàn)能力強(qiáng)，表面活性大，熱導(dǎo)性好，分散性好，所制懸浮液穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因此倍受關(guān)注，制備和開(kāi)發(fā)納米二氧化鈦成為國(guó)內(nèi)外科技界研究的熱點(diǎn)本文將介紹納米二氧化鈦的一些基本性質(zhì)及其主要的應(yīng)用研究進(jìn)展.1納米TiO的基本結(jié)構(gòu)二氧化鈦是金屆鈦的一種氧化物，其分子式是TiO.根據(jù)其晶型，可分為板鈦礦型，銳鈦礦型和金紅石型三種.其中銳鈦礦型TiO屆于四方晶系，其晶格參數(shù)僅0=37.85nm,C0=95.14nm閣1為

3、兩種晶型單元結(jié)構(gòu)圖.銳鈦礦型TiO的單元結(jié)構(gòu)中鈦原子處于鈦氧八面體的中心，其周?chē)?個(gè)氧原子都位于八面體的棱角處，有4個(gè)共棱邊，也就是說(shuō)，銳鈦礦型的單一晶格有4個(gè)TiO分子.銳鈦型TiO的八面體呈明顯的斜方晶型畸變,TiO鍵距離均很小且不等長(zhǎng)，分別為I.937X10.m和1.964X10.111這種不平衡使TiO分子極性很強(qiáng)，強(qiáng)極性使TiO表面易吸附水分子，使水分子極化而形成表面羥基.這種表面羥基的特殊結(jié)合使其表面改性成為可TioO金紅石型(a)(b)圖1TiO2的兩種晶型單元結(jié)構(gòu)圖.】能，它可作為廣義堿與改性劑結(jié)合，從而完成對(duì)TiO2的表面改性.2納米TiO的表面性質(zhì)2.1表面超親水性目前的

4、研究認(rèn)為，在光照條件下，TiO表面的超親水性起因于其表面結(jié)構(gòu)的變化.在紫外光照射下,TiO價(jià)帶電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，電子和空穴向TiO表面遷移，在表面生成電子空穴對(duì)，電子與Ti反應(yīng)，空穴則與表面橋氧離子反應(yīng)，分別形成正三價(jià)的鈦離子和氧空位.此時(shí)，空氣中的水解離吸附在氧空位中，成為化學(xué)吸附水(表面羥基)，化學(xué)吸附水可進(jìn)一步吸附空氣中的水分，形成物理吸附層.2.2表面羥基相對(duì)于其它顏料的金屆氧化物,TiO中Ti-O健的極性較大，表面吸附的水因極化發(fā)生解離，容易形成羥基.這種表面羥基可提高TiO作為吸附劑及各種載體的性能，為表面改性提供方便.2006年第3期牙膏工業(yè)49及各種載體的性能，為表面改性提供方

5、便.2.3表面酸堿性二氧化鈦（俗稱(chēng)鈦白）用于涂料時(shí)，其表面酸堿性與涂料介質(zhì)密切相關(guān).在改性時(shí)常加入AJ,Si,zn等氧化物,Al或Si的氧化物單獨(dú)存在時(shí)無(wú)明顯的酸堿性，但與TiO:復(fù)合,則呈現(xiàn)強(qiáng)酸性，可以制備固體超酸.因此，加入其它金屆氧化物改性時(shí)，可以形成新的酸堿點(diǎn).MoO.TiO:表面有較強(qiáng)的酸性，而ZnO:TiO:表現(xiàn)出明顯的堿性.2.4表面電性鈦白在十粉狀態(tài)通常帶有靜電荷，鈦白顆粒在液態(tài)（尤其是極性的）介質(zhì)中因表面帶有電荷就會(huì)吸附相反的電荷而形成擴(kuò)散雙電層，使顆粒有效直徑增加.當(dāng)顆粒彼此接近時(shí)，因異性電荷而相斥，有利于分散體系的穩(wěn)定.經(jīng)A1:0.包膜的鈦白表面具有正電荷，而用SiO:處

6、理的鈦白帶負(fù)電荷.經(jīng)硅鋁復(fù)合包膜的鈦白，當(dāng)重量比AJ:0./SiO:>1時(shí)，帶正電荷，當(dāng)重量比A1:0./SiO:<1時(shí)，帶負(fù)電荷.調(diào)整Al:0./SiO:的重量比比例，可改變鈦白在不同介質(zhì)中的分散性.3納米TiO2的應(yīng)用納米二氧化鈦是一種重要的無(wú)機(jī)材料，被廣泛應(yīng)用于涂料，化汝品,抗菌劑，污水處理等方面.下面介紹納米二氧化鈦的幾種主要用途.3.1光化學(xué)作用當(dāng)二氧化鈦受到彼長(zhǎng)小于387.5nm的紫外光的照射時(shí)，價(jià)帶上的電子躍遷到導(dǎo)帶，激發(fā)電離出電子的同時(shí)產(chǎn)生正電性的空穴，形成電子一空穴對(duì)，與吸附溶解在其表面的氧氣和水反應(yīng).分布在表面的空穴將OH和H:0氧化成HO自由基.HO自由基的氧

7、化能力是在水體中存住的氧化劑中最強(qiáng)的，能氧化大部分的有機(jī)污染物和無(wú)機(jī)污染物，而且對(duì)反應(yīng)物幾乎無(wú)選擇性，在光催化氧化中起著決定性的作用.二氧化鈦表面電子具有高的還原性，可以去除水體中的金屆離子.生成的原子氧和氫氧自由基使有機(jī)物被氧化，分解，最終分解為CO:，H:0和無(wú)機(jī)物.其反應(yīng)過(guò)程如下(其中，h代表正電性的空穴，e為光激發(fā)電子，?OH是氫氧根自由基，OH一為氫氧根離子，？。是帶負(fù)電的氧原子自由基，HO:?是反應(yīng)中問(wèn)體):TiO2三h+e-(1)h+H20?OH+H(2)h+OH一?OH(3)e-+0:.o三Ho:.(4)2HO2?H202+02(5)H202+.O?OH+OH一+02(6)Or

8、gan機(jī)物)+?OH+02CO2+H20+其他產(chǎn)物(7)M(金屆離子)+neM.(金屆離子)(8)圖2是納米二氧化鈦光催化機(jī)理示意圖.導(dǎo)帶Ee嗡圖2納米二氧化鈦光催化機(jī)理示意圖【3.2污水處理利用納米TiO:的光催化性質(zhì)來(lái)處理廢水和改善環(huán)境是一種行之有效的方法.Matthews等人曾對(duì)水中34種有機(jī)污染物光催化分解進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，結(jié)果表明光催化氧化法可將水中的輕類(lèi)，鹵代物，毯酸，表面活性劑，染料，含氮有機(jī)物，有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑等較快地完全氧化為CO:和H:0等無(wú)害物質(zhì).光催化降解技術(shù)具有常溫常壓下就可進(jìn)行，能徹底破壞有機(jī)物,沒(méi)有二次污染且費(fèi)用不太高等優(yōu)點(diǎn).3.3氣體凈化隨著工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平

9、的不斷提高，環(huán)境污染問(wèn)題已日趨嚴(yán)重，有害氣體凈化同樣受到人們的重視.近年來(lái)逐漸發(fā)展起來(lái)的納米TiO:光催化降解技術(shù)為這一問(wèn)題的解決提供了良好的途徑.環(huán)境有害氣體可分為兩個(gè)方面：室內(nèi)有害氣體和大氣污染氣體.室內(nèi)有害氣體主要有裝飾材料等放出的甲醛及生活環(huán)境中產(chǎn)生的甲硫酵氣，硫化氫，氨氣等，這些氣體在白萬(wàn)分之幾時(shí)就能使人產(chǎn)生不適感.TiO:通過(guò)光催化作用可將吸附于其表面的這些物質(zhì)分解氧化，從而使空氣中這些物質(zhì)的濃度50牙膏工業(yè)2006年第3期降低，減輕或消除環(huán)境不適感.大氣污染氣體主要指由汽車(chē)尾氣與工業(yè)廢氣等帶來(lái)的氮氧化物和硫氧化物，利用納米TiO:的光催化作用可將這些氣體氧化,形成蒸氣壓低的硝酸或

10、硫酸.這些硝酸或硫酸可在降雨過(guò)程中除去，從而達(dá)到降低大氣污染的目的.3.4抗茵除臭抗菌是指TiO:在光照下對(duì)環(huán)境中微生物的抑制或殺滅作用.在人們的居住環(huán)境中存在著各種有害微生物，對(duì)人類(lèi)生活產(chǎn)生不良影響.家居環(huán)境中的一些潮濕的場(chǎng)合如廚房，衛(wèi)生間等，微生物容易繁殖，導(dǎo)致空氣菌濃和物品表面菌濃增大，對(duì)人的健康產(chǎn)生威脅.利用納米TiO的光催化性可充分抑制或殺滅環(huán)境中的有害微生物，使環(huán)境微生物對(duì)人的危害降低.空氣中的惡臭氣體主要有含硫化物（如Hs，sO,硫醇，硫酰等），含氮化合物（如胺類(lèi),酰胺等），鹵素及衍生物（如cl，鹵代輕等）.近年來(lái)采用二氧化鈦光催化劑和其他吸附劑組成的混合物除臭已得到實(shí)際應(yīng)用.氣

11、體吸附劑吸附的這些臭氣經(jīng)擴(kuò)散與二氧化鈦接觸，二氧化鈦將氣體氧化分解后既不降低吸附劑的吸附活性，乂解決二氧化鈦對(duì)臭氣吸附性較差的缺點(diǎn)，大大提高了臭氣的光降解效率.3.5在涂料行業(yè)的應(yīng)用將納米TiO與閃光鋁粉或云母欽珠光顏料拼配使用制成的涂料具有隨角異色效應(yīng)，作為金屆閃光面漆涂裝在小汽車(chē)上，將產(chǎn)生富麗雅致的效果.這是納米TiO最重要，最有前途的應(yīng)用領(lǐng)域之一.美,日等國(guó)的福特，克勞斯勒，豐田，馬自達(dá)等汽車(chē)公司上世紀(jì)80年代開(kāi)始應(yīng)用于轎車(chē)工業(yè)，到上世紀(jì)90年代，世界上已有11種含納米TiO的金屆閃光面漆被用于轎車(chē)工業(yè)，今后還會(huì)有更大的發(fā)展u引.經(jīng)研究發(fā)現(xiàn).，金紅石型納米二氧化鈦用于金屆閃光面漆時(shí)，既能

12、產(chǎn)生隨角異色效應(yīng)，也能提高漆膜的柔韌性和附著力等力學(xué)性能；金紅石型納米二氧化鈦用于含環(huán)氧基丙烯酸型粉末涂料，具有增強(qiáng)，增韌效果，使漆膜光澤的力學(xué)性能提高很多，達(dá)到汽車(chē)涂料國(guó)際要求，獲得應(yīng)用普通鈦白所得不到的性能；銳鈦型納米二氧化鈦用于丙烯酸型抗菌內(nèi)墻涂料，具有很強(qiáng)的殺菌效果，而且力學(xué)性能優(yōu)異，具有廣闊的發(fā)展前景.3.6在化妝品方面的應(yīng)用納米TiO:具有很強(qiáng)的散射和吸收紫外線(xiàn)的能力.尤其是對(duì)人體有害的中長(zhǎng)波紫外線(xiàn)UVA，UVB（320400nm，29卜320nm）的吸收能力很強(qiáng)，效果比有機(jī)紫外吸收劑強(qiáng)得多，并且可透過(guò)可見(jiàn)光，無(wú)蠹無(wú)味，無(wú)刺激性，廣泛用于化妝品.納米TiO紫外屏蔽能力與粒徑大小有關(guān)

13、，粒徑越小，紫外線(xiàn)透過(guò)率越小，抗紫外能力越強(qiáng).對(duì)于化妝品的TiO含量而言，粒徑越小，可見(jiàn)光透過(guò)率越大，可使皮膚白度顯得自然.平均粒徑為10nm的TiO:分散在水中，幾乎是無(wú)色透明的.但添加的顆粒粒徑不是越小越好，否則汗汁會(huì)將毛孔堵死，不利于身體健康.而粒徑太大，紫外吸收乂會(huì)偏離這一波段.因此最好在納米TiO顆粒表面包覆一層對(duì)人體無(wú)害的高聚物.粒子濃度對(duì)光散射有較大的影響，伴隨粒子濃度增大，粒子的光散射效率下降，適當(dāng)提高TiO的用量，可使化妝品的防曬系數(shù)增大，最理想的用量為5%20%.除以上應(yīng)用之外，納米二氧化鈦還可被應(yīng)用在光學(xué)增益體系中，制成一種具有極高發(fā)光純度等奇特光學(xué)現(xiàn)象被稱(chēng)為”激光涂料”

14、的新型發(fā)光材料.；納米二氧化鈦還具有濕敏，氣敏功能，如它對(duì)氧化碳，氫氣極為敏感，可用于傳感器的制造.最新的研究表明，用鈉離子摻雜的納米二氧化鈦分別對(duì)雙馬來(lái)酰業(yè)胺，馬來(lái)酰業(yè)胺的液相聚合反應(yīng)具有明顯的催化作用，而且反應(yīng)后剩余在聚合物中的納米二氧化鈦對(duì)聚合產(chǎn)物多項(xiàng)力學(xué)性能的改善還可起到較為理想的促進(jìn)作用m.參考文獻(xiàn)l張立德，牟季美.納米材料和納米結(jié)構(gòu)M.北京:科學(xué)出版社，20012uylShi，ChunzhongLi，AipingChen.eta1.Morphologicalstrue?tureofnanometerTiO2一Al203compositepowderssynthesizedinhig

15、htemperatm-egasmediumsreactor.ChemicalEngineering.1ouna1.2001，(84):4054113范崇政，肖建平,丁建偉.納米Tio2的制備與光催化反應(yīng)研究進(jìn)展.科學(xué)通報(bào)，2001,46(4):2562734黃華林.錦自在鈦白生產(chǎn)中應(yīng)用探討.無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，1997，3:31332006年第3期牙黃=【.業(yè)生物基表面活性劑的應(yīng)用王杰聶榮春徐初陽(yáng)(安徽理工大學(xué)材料系安徽淮南232001)摘要:簡(jiǎn)要概述生物基表面活性劑烷基糖苜的物理性能和溶解性，表面活性，安全性和生物降解等性能，重點(diǎn)介紹其作為表面活性劑在衣用洗滌劑，餐具洗滌劑，化妝品，食品工業(yè)，生物化

16、工和農(nóng)藥增效劑等方面的應(yīng)用，同時(shí)指出烷基糖苜可進(jìn)一步衍生化，從而拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域.關(guān)鍵詞:生物基表面活性劑；烷基糖苜L化劑;聚氨酯烷基糖苜(APG)是近幾年迅速發(fā)展起來(lái)的新一代綠色表面活性劑，兼有普通非離子和陰離子表面活性劑的優(yōu)點(diǎn)，高表面活性，非常優(yōu)良的生態(tài)學(xué)和蠹理學(xué)性質(zhì)以及出眾的物理化學(xué)性質(zhì)和配伍性能，尤其是它的蠹性，與皮膚的相容性及其生物降解性都給許多化學(xué)品的配制帶來(lái)了新概念.因此，特別適用于與人體皮膚接觸的洗滌用品和個(gè)人護(hù)理用品.此外，在食品工業(yè)，生物化工和農(nóng)用化學(xué)品等方面可作功能性助劑.1烷基糖苜的特性1.1物理性能和溶解性純烷基糖苜為白色粉末，實(shí)際產(chǎn)品為奶油色或淡黃色.極易吸水，在水中

17、有一定的溶解度，故市場(chǎng)上的商品一般配成50%的水溶液.烷基糖苜也較易溶于常用有機(jī)溶劑，在酸堿性溶液中呈現(xiàn)出優(yōu)良的相容性,穩(wěn)定性和表面活性，尤其在無(wú)機(jī)成分較高的活性溶劑中J.烷基糖苜的物理性質(zhì)與脂肪醇的碳鏈長(zhǎng)度，碳鏈的正構(gòu)或異構(gòu)，糖的種類(lèi)以及聚合度密切相關(guān)，其熔點(diǎn)隨產(chǎn)品分子中碳鏈的增長(zhǎng)而升高，甚至有的高烷基糖苜還沒(méi)融化時(shí)就開(kāi)始分解了，說(shuō)明烷基糖苜受熱易分解和變色.1.2表面活性5蔣子鐸，劉安華.高級(jí)氧化過(guò)程的研究與進(jìn)展，現(xiàn)代化工，1991,5(5):14186張淑霞，李建保，張波,TiO2顆粒表面無(wú)機(jī)包覆的研究進(jìn)展.化學(xué)通報(bào),2001,(2):71-747常紅,王京剛，納米二氧化鈦在環(huán)保領(lǐng)域中的

18、應(yīng)用.礦冶,2002,11(4):73748Haradakenji,HisanagaTeruaki,eta1.PhotoeatalyticactivityofnanometerTiO2thinfilmsprev,lbythesolgelmetho1.WbterRes.1990.24(11):141514178Hlt.yaKenji,HisanagaTeruaki,eta1.PhotocatalytlcactivityofnanometerTiO2thinfilmspreparedbythes卅gelmethod.WbterRes.1990.24(11):141514179姚建年，陳萍，藤島昭.電解沉積成膜法制備氧化鉗變色薄膜的研究.感光科學(xué)與光化學(xué),1996,(3):224-22510JiaguoYu,XiujianZhao.Effectofsubstratesonthephotbc.atulytlcaclivityofnsIiometerTIO2thinfilmsMater