一、二氧化鈦為什么是光催化材料？

在眾多半導(dao)體(ti)光催化材料中，TiO2以(yi)其化學性質穩定、氧化-還原(yuan)性強、抗腐蝕、無毒及成(cheng)本低而成(cheng)為(wei)目前最(zui)為(wei)廣泛使用的半導(dao)體光催化劑。

TiO2屬于(yu)一(yi)種n型(xing)半導體材料(liao)，它有(you)三(san)種晶型(xing)——銳鈦(tai)礦相、金(jin)(jin)紅石相和板鈦(tai)礦相，從熱力學角(jiao)度看，金(jin)(jin)紅石是相對最穩定的晶型(xing)，熔點為1870℃；而銳(rui)鈦礦是二氧化鈦的低(di)溫相(xiang)，一般在500℃~600℃時轉變(bian)為金紅石(shi)。二氧化(hua)(hua)鈦晶型轉變(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)質是晶胞結(jie)(jie)構(gou)組成單元八面(mian)體的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)重排。金紅石(shi)晶型結(jie)(jie)構(gou)中(zhong)原子(zi)排列更(geng)(geng)加致密，密度(du)(du)、硬度(du)(du)、介電常(chang)數更(geng)(geng)高(gao)，對光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)散射也更(geng)(geng)大。因此，金紅石(shi)是常(chang)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)白色(se)涂(tu)料(liao)和(he)防紫(zi)外線材(cai)(cai)料(liao)，對紫(zi)外線有(you)非(fei)常(chang)強的(de)(de)(de)(de)(de)屏(ping)蔽作用(yong)，在工(gong)業涂(tu)料(liao)和(he)化(hua)(hua)妝品方面(mian)有(you)著(zhu)廣(guang)泛的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)。銳欽(qin)礦的(de)(de)(de)(de)(de)帶隙寬(kuan)度(du)(du)為稍(shao)大于金紅石(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)，光(guang)(guang)生(sheng)電子(zi)和(he)空穴(xue)不(bu)易在表面(mian)復合(he)，因而(er)具(ju)有(you)更(geng)(geng)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)催化(hua)(hua)活性能夠直接利用(yong)太陽光(guang)(guang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)紫(zi)外光(guang)(guang)進(jin)行光(guang)(guang)催化(hua)(hua)降(jiang)解，而(er)且不(bu)會引起(qi)二次(ci)污染。因此，銳鈦礦是常(chang)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)處(chu)理環境(jing)污染方面(mian)問(wen)題的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)催化(hua)(hua)材(cai)(cai)料(liao)。

二、二氧化鈦光催化原理

ZXL-001納米二氧化鈦光催化反應機理：

納米TiO2光(guang)催化(hua)降解機理共(gong)分為7個步驟來完成光催化的過(guo)程：

1、TiO2+hv→eˉ+h+

2、h++H2O→OH+H+

3、eˉ+O2→OOˉ

4、OOˉ+H+→OOH

5、2OOH→O2+H2O2

6、OOˉ+eˉ+2H+→H2O2

7、H2O2+eˉ→OH+OHˉ

8、h++OHˉ→OH

當(dang)一個具(ju)有hv能量大小的光(guang)子或(huo)者具有大于半導體禁帶寬度Eg的光子射(she)入半導(dao)體時，一個電(dian)子由價帶(VB)激發到導帶(CB)，因而在(zai)導帶上產生一(yi)個(ge)高活性(xing)電子（eˉ)，在價帶上留(liu)下了一個空穴(h+)，形成氧化還原(yuan)體系。溶解(jie)氧及(ji)水和電(dian)子(zi)及(ji)空穴(xue)相互作用，最終產(chan)生高活性的羥(qian)基。OHˉ、O2ˉ、OOHˉ自(zi)由基具有強氧化(hua)性，能把大多數(shu)吸附(fu)在TiO2表面的有機污染物(wu)降解為CO2、H2O，把無機(ji)污染物(wu)氧化或還原為(wei)無害物(wu)。

三、二氧化鈦光催化殺菌機理

ZXL-001納米二氧化鈦具有很(hen)強的光催化殺菌(jun)作用。通過對納米TiO2光催化殺滅革蘭氏陰、陽性細菌的致死曲線(xian)進行(xing)對比、常規培養驗證和透射電鏡(jing)觀察(cha)得出結(jie)論：納米TiO2光催化(hua)滅菌首(shou)先是(shi)從細(xi)菌細(xi)胞壁(bi)開(kai)始，其(qi)產生的自(zi)由基(ji)能破(po)(po)壞細(xi)胞壁(bi)結構，使(shi)細(xi)胞壁(bi)斷裂、破(po)(po)損，質膜(mo)(mo)解體(ti)，然后進入胞體(ti)內部破(po)(po)壞內膜(mo)(mo)和(he)細(xi)胞組分，使(shi)細(xi)胞質凝聚，導致細(xi)胞內容物溢出，可出現菌體(ti)空化(hua)現象。從而證實了納(na)米TiO2的抑菌機理是在光催化作用下，納米(mi)TiO2禁帶(dai)上的電(dian)子(zi)由價帶(dai)躍遷到(dao)導帶(dai)，在表面形(xing)成高活性(xing)的電(dian)子(zi)-空(kong)穴對，并進一步形成·OHˉ、·O2ˉ、·OOHˉ通過一系列物理化學作用破壞細菌(jun)細胞，從(cong)而(er)殺滅細菌(jun)。

四、TiO2光催化劑優點有哪些？

1、把太陽能轉(zhuan)化(hua)為化(hua)學能加以利用。

2、降解速度快，光激發空(kong)穴產生的·OH是強(qiang)氧化自由(you)基，可以在(zai)較短的時間(jian)內成功的分(fen)解(jie)包(bao)括難降解(jie)有機(ji)物(wu)(wu)在(zai)內的大多數有機(ji)物(wu)(wu)。

3、降(jiang)解無選擇性(xing)，幾乎能降(jiang)解任何有機污染物。4.降解(jie)范圍廣，幾乎對所(suo)有的(de)污水都(dou)可以采用。

4、具有高穩(wen)定性、耐(nai)光腐蝕、無毒等特點，并(bing)且(qie)在(zai)處理過程中(zhong)不(bu)產(chan)生二(er)次污(wu)染；有機(ji)污(wu)染物能被氧化降(jiang)解為CO2和H2O，并且其對人體無毒。

5、反應條(tiao)件溫(wen)和(he)，投資(zi)少，能耗低，用紫(zi)外光照(zhao)射或(huo)暴露在太陽光下即可發生光催化化學反應。

6、反(fan)應設備(bei)簡單，易于操作控制(zhi)。光催化反(fan)應具有穩定性，一(yi)般情況下(xia)，負載(zai)TiO2光催(cui)化劑能(neng)多次(ci)使用，不(bu)影響反應效果，催(cui)化作用持(chi)久長效。

TiO2能(neng)有效的將廢水(shui)中的有機物、無機物氧化或還原(yuan)為CO2、PO43-、SO42-、NO3-、鹵素離子(zi)等(deng)無機(ji)小分子(zi)，達(da)到(dao)完(wan)全(quan)無機(ji)化的(de)(de)目的(de)(de)。染料(liao)廢水、農藥廢水、表面活性劑、氯(lv)代物(wu)、氟里昂、含油廢水等(deng)都可以被TiO2催化降解。而且(qie)TiO2具有殺菌效(xiao)果，這種(zhong)(zhong)特性幾乎是無(wu)選擇性的，包括各種(zhong)(zhong)細菌和病(bing)毒。

純粹的(de)TiO2需要紫(zi)外線的協(xie)助，且作用(yong)緩慢(man)，所以作為器材消毒并不(bu)被認可，而隨著TiO2-NCP對(dui)可見(jian)光利用的(de)(de)量子效應(ying)的(de)(de)增大，作為器皿表面“自清潔”的(de)(de)能力，引起人們(men)的(de)(de)極大興致。

“自清潔”醫療器材的特點

①只要有可見光存在，就(jiu)能產生作用。

②光觸媒本身并(bing)不隨時(shi)間(jian)延長而消耗,使用壽命持(chi)久。

③零廢物，光觸媒在殺滅微生物的同時還消除了微生物的次級代謝產物。