纳米TiO2,光催化剂安全环保性能研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 绿重匝皿　迅速迁移到材料表面，激活材料表面吸附氧和水　一、目ＩＪ吾　分，产生活性氢氧自由基和超氧阴离子自由基，从　而转化为一种具有安全化学能的活性物质，起到矿　化降解环境污染物和抑菌杀菌的作用。　纳米ＴｉＯ　光催化应用技术工艺简单、成本低　廉，利用自然光即可催化分解细菌和污染物，具有　纳米科技的发展为人类治理环境开辟了一条　有效的途径，我们可以合理利用自然光资源，通过　纳米ＴｉＯ　半导体的光催化效应，在材料内部由吸　收光激发电子，产生电子一空穴对，即光生载流子，　高催化活性、良好的化学稳定性和热稳定性、无二　徐瑞芬北京化工大学化大天瑞纳米材料技术有限公司　胡伟康　北京京狮高分子化学制品有限公司　次污染、无刺激性、安全无毒等特点，且能长期有益　于生态环境，是最具有开发前景的绿色环保催化剂　之一。　为功能粉体材料，复合到塑料、皮革、纤维、涂料等　材料中，研制成无污染、无毒害的纳米ＴｉＯ　光催化　绿色复合材料，充分发挥抗菌、降解有机污染物、除　臭、自净化的功能。这类环保型功能材料实施方便，　应用性强，能实用到生活空间的多种场合，发挥其　多功能效应，成为我们生活环境中起长期净化作用　的环保材料。　２３　本研究在用亚稳态氯化法合成纳米ＴｉＯ　的技　术基础上，根据光催化功能高效性的需要，进行掺　杂和表面处理，制成特有的在室内自然光和黑暗区　微光也能显著发挥光催化作用的纳米ＴｉＯ　，将其作　维普资讯 http://www.cqvip.com 臻巴篷硼　二、纳米ＴｉＯ　光催化剂对环境的净化功　能　１．室内环境的净化　随着建筑材料中各种添加物的使用，室内装饰　材料和各种家用化学物质的使用，室内空气污染的　程度越来越严重。调查表明，有些室内空气污染物　浓度高于室外，甚至高于工业区。据有关部门测试，　现代居室内空气中挥发性有机化合物高达３００多　种，其中对人体容易造成伤害、甚至致癌的就有２０　多种，极大地威胁着人类的健康生活。随着人们健　康和环保意识的增强，人们对具有光催化净化室内　以氨气浓度相对最高容许浓度标准放大１０　倍，将纳米ＴｉＯ　光催化绿色涂料对密闭空间内的　氨气进行降解，经７天时间，将氨气浓度从　１．９３ｍｇ／ｍ。降解到０．１８ｍｇ／ｍ。，控制在容许浓度　之内，光催化降解效率达到９１％，降解产物为Ｎ，和　Ｈ２０。对某一氨气严重超标的建筑楼房的客厅和卧　室，用纳米ＴｉＯ　光催化绿色涂料涂饰，也得到很好　的降解效果。由此说明，纳米ＴｉＯ　光催化绿色涂料　对空气中的氨气具有较好的降解作用，以此可长期　外空气、抗菌杀毒等功能性环保材料的需求日益迫　切，纳米ＴｉＯ　光催化剂的出现为环境净化材料的　发展开辟了一片新天地，也为人们对健康环境需求　的解决提供了有效的途径。　（１）纳米ＴｉＯ　光催化绿色涂料降解氨气的性　能　提高家居室内的空气质量，有效降低氨气对人们造　成的危害。　（２）纳米ＴｉＯ　光催化绿色涂料降解甲醛的性　能　氨气是室内空气的主要污染源之一，它主要来　自于建筑中使用的混凝土外加剂（如防冻剂、膨胀　剂），涂料添加剂等。氨气有难闻的臭味，对上呼吸　甲醛是比较典型的室内环境污染物。室内装修　道及眼睛有刺激作用。ＧＢ５０３２５－－２００１《民用建筑　工程室内环境污染控制规范》国家标　隹规定，室内　氨气浓度应，＇Ｊ＼－Ｔ－０．２ｍｇ／ｍ。。氨气污染轻度超标可　导致流泪、咳嗽、头痛、头昏；中度超标以上污染可　导致眼角膜水肿、结膜发炎、角膜坏死直至失明、上　呼吸道感染、支气管肺炎、喉头水肿、肺水肿肺间　质纤维化、肺部感染死亡的危害。　、材料，如家具油漆、墙纸、塑料地板、化纤地毯、门窗　等，都有可能向室内释放甲醛，尤其现今的人造板　材普遍使用酚醛树脂等能够释放出甲醛的粘合剂，　在室内环境中释放甲醛可持续数年。能够引起　ＤＮＡ一蛋白质交联，并和ＤＮＡ结合形成加合物，潜　在致癌的危险，严重损害人类的身体健康。　ＧＢ５０３２５－２００１《民用建筑工程室内环境污染　控制规范》国家标；隹规定，室内甲醛浓度应小于　０．０８ｍｇ／ｍ。。室内空气中甲醛含量为０１ｍｇ／ｍ３．　．表１给出氨气严重超标的某一房间在涂刷纳　米ＴＪＯ２复合涂料前后空气中氨气浓度的变化。　表１　纳米ＴｉＯ２光催化绿色涂料降解空气中氨气　的测定　氨气浓度（ｍｇ／ｍ３）　未涂刷纳米ＴｉＯ　涂刷纳米Ｔ　Ｏ　人会感到有异味和不适，达到０．６ｍｇ／ｍ３时，居住　者可出现上呼吸道及结膜刺激症状，表现为流泪、　咽喉疼痛等，浓度再高就可引起恶心、胸闷等症状。　针对这种严峻的现状，本实验开展了纳米ＴｉＯ，光　光催化绿色涂料　１．１５　光催化绿色涂料　０３５　．催化绿色涂料降解甲醛的性能研究。　表２给出纳米ＴｉＯ　光催化绿色涂料在密闭空　间内降解甲醛的测试数据，７天的降解效率达到　９２％，使释放源浓度为０．９０ｍｇ／ｍ３超标１０倍的　、１．１５　０４５　．２４　维普资讯 http://www.cqvip.com 臻笆避皿　表２纳米ＴｉＯ　光催化绿色涂料对甲醛、氨气、苯　因此，由纳米ＴｉＯ　光催化剂研制的绿色涂料将会　的降解效果　呈现出广阔的应用前景，带来极大的经济效益和社　会效益。　２．纳米ＴｉＯ　光催化剂抗菌性能　纳米ＴｉＯ　抗菌作用机理不同于一般的无机和　有机抗菌剂，它并非靠药物的渗出和游离而产生抗　菌作用，它的灭菌机理在于光催化作用，抗菌效果　较为长久。我们将经受抗老化实验和没经受老化实　甲醛，降解到０．０７ｍｇ／ｍ。，限制在达标浓度之内。　纳米ＴｉＯ　光催化降解甲醛时，由活性氢氧自由基　验的纳米ＴｉＯ　光催化绿色复合涂料对枯草芽孢进　行杀菌对比实验，得到的杀菌效果一致。纳米ＴｉＯ　和超氧阴离子自由基起氧化作用，将甲醛氧化为羧　酸，进一步分解为二氧化碳和水。它的降解产物是　的杀菌效果没有随着材料的老化实验而产生衰减　现象，具有持久的作用。所以纳米ＴｉＯ　光催化剂比　二氧化碳和水，不会产生其它有机物的污染，只要　含有纳米ＴｉＯ　光催化剂的复合材料存在，对甲醛　其它一些无机杀菌剂和有机杀菌剂更具有杀菌长　的驱除作用就会有效。所以，纳米ＴｉＯ　光催化绿色　效性，起到长期抗菌、防病、保健、净化环境的作用。　涂料在普通光照条件时对空气中的甲醛具有明显　降解效果，能够达到有效净化室内空气的目的。　表３老化实验对涂料抗菌性能影响的测试　（３）纳米ＴｉＯ　光催化绿色涂料降解苯类化合　物的性能　苯类化合物是家庭装修材料中又一类严重伤　害健康的致癌物质，它会导致人体生理功能失调，　导致再生性障碍白血病等疾病。根据ＧＢ５０３２５—　２００１《民用建筑工程室内环境污染控制规范》规　定，苯浓度应小于０．０９ｍｇ／ｍ。。本研究采用　一ＧＢ１　１７３７—８９（居住区大气中苯、甲苯和二甲苯卫　般常用的杀菌剂银、铜等能使细菌细胞失去　生检验标准方法／气相色谱法》，对降解前后苯浓度　活性，但细菌杀死后，尸体可释放出有害的组分，如　进行测试。表２给出纳米ＴｉＯ　光催化绿色复合涂　内毒素。纳米ＴｉＯ　不仅能影响细菌繁殖力，而且能　料在密闭空间内降解苯的测试数据，降解前，苯浓　攻击细菌细胞的外层，穿透细胞膜，破坏细菌的细　度为０．８６ｍｇ／ｍ。，超标近１　０倍，经７天时间将苯　胞膜结构，达到彻底降解细菌，防止内毒素引起的　浓度降解到０．０５ｍｇ／ｍ。，达到相关国家标准，对苯　二次污染。　有害物质的去除降解效率达到９４％。由此可见，纳　米Ｔｉ０２光催化绿色复合涂料同样能减小和消除苯　三、亚稳态氯化法制备纳米ＴｉＯ　光催化　类化合物的危害作用。　剂　以上检测结果均由北京市劳动保护研究所提　供。实例证实：纳米ＴｉＯｚ光催化绿色复合涂料能够　随着纳米功能材料的问世，纳米材料的研究已　达到有效净化室内空气的作用，不会产生其它污染　成为科研前沿的热点。我们通过亚稳态氯化法生产　物，无毒无害，无放射元素，无二次污染，同时具有　出金红石型纳米ＴｉＯ　，其批量产品任意抽样样品的　抗菌作用。将其涂刷于居室内，可以很好地净化和　ＸＲＤ衍射图谱如图１所示，ＴｉＯ２中的金红石型含　改善．，ｋｌｒ－］的生活居住环境，提供健康的生活环境。　量达９５％以上。　２５　维普资讯 http://www.cqvip.com 臻巴叠皿　四、纳米ＴｉＯ　光催化剂的安全性　纳米ＴｉＯｚ光催化剂向我们提供抗菌净化环境　功能的同时，也向我们保证产品与人体接触的安全　性。纳米ＴｉＯｚ光催化剂属非溶出型，本身安全无　毒，重金属含量极少，抽取连续生产的纳米ＴｉＯ，产　品，经原子光谱法检测，得到结果为：汞（Ｈｇ）：　０．２１Ｉ￣ｇ／ｇ，铅（Ｐｂ）：０．３７ｐＬｇ／ｇ，砷（Ａｓ）：１．２６１￣ｇ／ｇ，重　金属总含量＜２ｘｌ　０　。　图１　随机抽样纳米ＴｉＯ￣，Ｘ衍射图谱　经中国预防医学科学消毒检测中心检测，毒理　测试结果列表５。　表４随机抽样纳米ＴｉＯ　的金红石型含量　表５纳米ＴｉＯ　光催化剂的毒理测试结果　急性经口毒性试验　皮肤刺激试验　眼刺激实验　属于实际无毒级　属于无刺激性　属于无刺激性　本产品由北京市海淀区产品质量监督检验所　阴道粘膜刺激试验　蓄积毒性试验一剂量递增蓄积系数法　小鼠骨■多染红细胞徽核试验　属于无刺激性　属于弱蓄积毒性　对小鼠骨■细胞染色体　未呈现致畸变作用　依据北京市质量监督局＜纳米材料质量检验评价规　则＞进行检测，测试结果表明：该产品为１　００％纳米　粒子，颗粒分散均匀，颗粒平均粒径为２４ｎｍ，粒径　分布范围在６－６６ｎｍ，其中有９０％颗粒粒径分布　在６－４０ｎｍ范围，粒径分布列图２。该产品在水处　理、净化空气、抗菌防霉、屏蔽紫外线等方面，都显　示出很好的功能。　所以使用该纳米ＴｉＯｚ光催化剂功能填料时，　无任何药物溶出或挥发，对环境无毒无害，对人体　不产生不良影响，是安全可靠抗菌保健除污的环保　材料。　综上所述，亚稳态氯化法生产的纳米ＴｉＯ，使　用安全，无毒无副作用，适用广泛的生活空间，确保　人们拥有健康的生活环境。使用过程中不受光源　限制，具有高效、彻底的降解环境中有毒污染物的　，效果。纳米ＴｉＯｚ作为性能优异的功能光催化材料，　进行了室内空气中甲醛、氨气、苯类有害气体的降　解等，发挥净化空气、降解水中有机污染物抗菌防　霉的功能，同时起到屏蔽紫外线、对材料增强增韧　、的作用。生产和应用研究表明：亚稳态氯化法生　的纳米ＴｉＯ２光催化剂在安全环保方面具有独特　的、高效的、广阔的应用前景，可广泛的应用于环境　保护领域，它的功能发挥将带来深远的意义图２纳米ＴｉＯｚ光催化剂粒径分布　２６　。