二氧化钛在生产环保抗菌玻璃和陶瓷中的应用初探
摘要：二氧化钛的光催化作用被人们认识以来，已经越来越多的运用到环保建材当中，环保抗菌玻璃和陶瓷就是其中最有代表性的。

关键词：环保抗菌建材；二氧化钛

近年来，随着建材行业的发展，以健康、安全、环保为主要特征的绿色建材得到了开发和利用其中一类表面用TiO2处理，在光照条件下具有抗菌、防污、能分解有机物和有害气体的环保建材越来越被广泛应用。本文就TiO2的抗菌机理及在环保抗菌玻璃和陶瓷中的应用进行论述，旨在得到进一步认识和推广。

一、Ti和TiO2：

1790年英国格列高尔（Gregor）由钛铁矿砂中发现钛，1910年人们得到了单质的钛，钛在地壳中的重量百分含量为0.45%，但大部分钛处于分散状态，主要矿物有金红石TiO2和钛铁矿FeTio3。它和锆铪同属周期系IVB族，价电子结构为3d24s2,由于在d全空（即d0）的情况下，原子的结构比较稳定，因此以失去四个电子为特征，所以最常见的是TiO2。

TiO2为白色粉未，不溶于水，也不溶于稀酸，但能溶于氢氟酸和热的浓硫酸中，TiO2应用极为广泛，一般被用作优良的白色颜料，可制作高级油漆。在造纸工业中用作填充剂，人造纤维中作消光剂，还可用于生产硬质钛合金，耐热玻璃和可以透过紫外线的玻璃，在陶瓷和搪瓷中，加入TiO2的增强耐酸性，此外TiO2在许多化学反应中作催化剂。近几年随着人们对TiO2的进一步认识研究，它的光催化能力在环保建材中正在得到较好的开发和利用。

二、TiO2的抗菌机理及特征：

TiO2是一种光催化半导体抗菌剂，作为一种N型半导体，其禁带宽度相当于波长400nm光的能量，在波长小于400nm的光照下能吸收能量高于其禁带宽度的光辐射，产生电子跃迁，价电子被激发到导带，形成空穴一电子对，并将能量传递给周围的介质，诱发光化学反应，具有光催化能力，其光催化反应比较复杂，基本概括如下：

2TiO2＋hr　　　（TiO2）h++( TiO2)e-

O2＋e- 　　　O2-

H2O＋h+　　·OH＋H+

O2-＋H+　　 ·OOH

·OH（·OOH）＋污染物　　　降解产物

O2-＋细菌（或病毒）　　　死亡

式中e-与h+分别代表晶体表面产生的电子及空穴，它们与水及氧反应的产物是O2-（过氧离子）及反应活性很高的·OOH或·OH（氢氧基）。由于生成的自由基具有很强的氧化、分解能力，可破坏有机物中的化学键，同时，因而具有高效的分解有机物的能力，可用于杀菌、除臭、防霉及消毒，比常用的氯气、次氯酸等具有更大效力。TiO2抗菌具有以下主要特征：

1、只要有微弱的紫外光照射，如荧光灯、阴天的阳光、灭菌灯等都可激发反应。

2、TiO2仅起催化作用，自身不消耗理论上可永久使用，对环境无二次污染。

3、·OH自由基具有402.7KJ/mol 反应能，· OOH自由基具有431.08 KJ/mol反应能，高于有机化合物中各类化学键能，如C－C（346.9）、C－N（305.1）、C－O（351.1）、N－H（388.7）。因此，可将各种有机物分解为无害的CO2和水，它既能杀灭微生物，也可分解微生物赖以生存繁衍的有机营养物，达到抗菌目的。

4、TiO2对人体无害。

三、用TiO2生产抗菌玻璃和陶瓷：

（一）、抗菌环保的玻璃

总体而言，用TiO2处理后的建筑玻璃，不仅具有普通玻璃所具备的功能，而且在紫外线照射下，TiO2的光催化反应能将许多有害物质及污染物分解，从而实现玻璃表面的自洁。

生产自洁玻璃的方法有以下几种：

1、化学气相沉积（CVD）方法：通过化学气相沉积（CVD）方法将TiO2沉积到洁净玻璃的表面，沉积结果往往为三种TiO2晶型共混沉积在一起，该自洁玻璃具有以下特点：①锐钛矿型TiO2晶型的含量极低，仅仅具有很有限的超亲水和光催化能力；②应用CVD方法生产自洁玻璃成本很高；③应用该方法生产的自洁玻璃使玻璃本身的透射率大大降低（约降低10%）④为非纳米材料，效率较低；⑤为弥补性能低下的缺陷，CVD方法将通过增加膜厚方式来提高性能。

由于有效成分锐钛矿TiO2晶型的含量极低，亲水性和光催化性难以保证，加上透射率降低及生产成本较高等负面因素，因而该产品在市场上有过推广，但因性能价格和成本因素，市场反馈效果极差。

2、磁控溅射方法：利用现有的磁控溅射镀膜

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