纳米级二氧化钛目前国内外总体应用总结

纳米级二氧化钛目前国内外总体应用总结纳米级二氧化钛，直径100纳米以下，产品外观为白色疏松粉末,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，所以被广泛应用于化妆防晒产品、涂料、功能陶瓷、自洁玻璃、荧光灯、纺织品、光催化触媒、电池 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 、橡胶塑料制品、造纸工业等领域中。纳米级二氧化钛分类：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；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；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。纳米级二氧化钛技术指标如下：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PH6.5-8.56.5-8.5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以上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。一、在化妆品方面的应用：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，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，不像有机紫外线防护剂那样只单一对UVA或UVB有吸收，因而广泛应用于防晒化妆品。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，其防晒因子可达SPF11~19。（SPF值数每一个单位代表能再日光下停留15min而不受紫外线B的伤害）它能透过可见光，加入到化妆品使用时皮肤白度自然，不像颜料级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。化妆品用的钛白，纯度要求高，对有害杂质的含量要求甚严。由于纳米二氧化钛呈透明状，可用来制造透明的护肤霜，这种护肤霜膏体细腻，具有自然肌肤感觉，目前在日本等国非常流行，日本每年作为防晒剂用于化妆品的原料，就需要纳米级TiO2一千吨。我国的防晒化妆品也多有掺杂纳米二氧化钛产品。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190～280nm、中波区280～320nm、长波区320～400nm。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。二、在涂料中的应用：1.普通涂料：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，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，可净化空气、防止感染、除臭除味。能够有效杀灭等等有害细菌。纳米TiO2粉料是目前在建筑用涂料生产中应用较好的一种新型助剂,它赋予制品持久、长效的抗菌、杀菌功能,还可使涂料起到净化空气的作用,是日益受到人们关注的新型矿物功能材料。加入纳米TiO2粉料制成的抗菌涂料是一种新型的绿色环保涂料,在我国建筑涂料行业有所应用,并且已取得了良好的技术经济效果。医院和公共场所是细菌传播的主要场所,如果其内墙涂刷含有纳米TiO2光催化剂的抗菌涂料,利用室内的弱光和太阳光,纳米TiO2就能发挥很好的杀菌消毒作用,有效杀灭大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌等细菌,从而抑制了细菌在公共场所的传播。但为使涂层中的抗菌剂发挥作用,接触杀菌是必要条件。2.高档汽车面漆的应用：VK-T25Q已经由美国研制成功，成分是高比表面的纳米二氧化钛，它拥有奇特的随角异色效果，形象的描述一下就是：晴空万里，宽阔的大道上，迎面扑来一辆豪华的汽车的时候，首先呈现在你眼里的是金黄色，而擦身而过的一刹那它却是蓝色。它采用独特的制造工艺和表面处理技术，是比表面积大的金红石型纳米二氧化钛，具有很好的光散射物质特性和非常强的分散应力。VK-T25Q是现代化环保型高档汽车不可缺少的时代宠儿。三、抗菌材料中的应用1.自清洁墙砖、陶瓷、玻璃等的应用：抗菌率高的内墙砖比较容易，地砖次之，卫生陶瓷最难。可以把纳米二氧化钛加入到陶瓷油料中，存在的问题是陶瓷的釉料都得经过煅烧会使抗菌效果降低。日本最近开发出用TiO2抗菌陶瓷用品。其制造工艺是先将TiO2加水制成浆料涂在陶瓷表面上，高温锻烧即得到了1μm厚的光催化TiO2薄膜产品。在光照射下，就能完全杀死其表面的细菌。为了在微弱光下亦有抗菌性，可在TiO2浆料中加银、铜离子化合物。TiO2薄膜在光照下具有超亲水性和超永久性，因此其具有防雾功能。如在汽车后视镜上涂覆一层氧化钛薄膜，即使空气中的水分或者水蒸气凝结，冷凝水也不会形成单个水滴，而是形成水膜均匀地铺展在表面，所以表面不会发生光散射的雾。当有雨水冲过，在表面附着的雨水也会迅速扩散成为均匀的水膜，这样就不会形成分散视线的水滴，使得后视镜表面保持原有的光亮，提高行车的安全性。纳米TiO2具有很强的"超亲水性"，在它的表面不易形成水珠，而且纳米TiO2在可见光照射下可以对碳氢化合物作用。利用这样一个效应可以在玻璃、陶瓷和瓷砖的表面涂上一层纳米TiO2薄层，利用氧化钛的光催化反应就可以把吸附在氧化钛表面的有机污染物分解为CO2和O2，同剩余的无机物一起可被雨水冲刷干净，从而实现自清洁功能。目前,日本在表面自清洁领域的工业化方面已走在了世界前列。日本东京已有人在实验室研制成功自洁瓷砖，这种新产品的表面上有一薄层纳米TiO2，任何粘污在表面上的物质，包括油污、细菌在光的照射下，由于纳米TiO2的催化作用，可以使这些碳氢化合物物质进一步氧化变成气体或者很容易被擦掉的物质。纳米TiO2光催化作用使得高层建筑的玻璃、厨房容易粘污的瓷砖、汽车后视镜及前窗玻璃的保洁都可很容易地进行。日本还开发出了一种具有双层结构的亲水性室外玻璃,这种玻璃具有良好的亲水性保持能力,他们将这种玻璃用于汽车后视镜,获得了良好的防雾效果,大大提高了汽车后视镜的可见度和环境适应能力。日本的东陶、旭硝子公司科研人员开发出亲水、防污染的Ti基薄膜自洁玻璃。美国开发出一种新型自清洁玻璃,它可以利用太阳光中的紫外线,通过光催化作用分解有机污垢。这种玻璃还可以降低水的表面张力使其铺展在玻璃表面,来冲走污垢使窗户更干净,它可以用于家庭、公寓以及商业和公共场所建筑的窗户和天窗中。国内清华大学、复旦大学、武汉理工大学无机材料研究所、中科院、秦皇岛玻璃研究设计院等单位也相继开发了自清洁玻璃产品。据报道国家大剧院弯顶所需的以XX平方米玻璃将采用中科纳米技术工程中心有限公司生产的纳米自清洁玻璃,该纳米自清洁玻璃是在常温常压的条件下实行镀膜的,镀膜玻璃的透光率比普通玻璃要高,而且克服了彩虹效应。三峡新材公司已与武汉理工大学合作,投资开发二氧化钛自清洁玻璃,该项目已被国家经贸委列为国家重点技术创新计划,实验样品经香港中文大学环境检测中心检测,光催化活性、超亲水性效果,均优于日本类似产品，现已投入市场。目前,山东省几家大型玻璃产业已经和省内外多所研究机构联合开发自清洁玻璃的生产技术,取得了可喜的进展。山东轻工业学院已研究出低成本自清洁玻璃的制备技术,并申请了镀膜设备和镀膜方法的专利。通过这种技术制备的自清洁玻璃无彩虹效应,耐磨强度极佳,透光率达到89%以上。目前正与几家公司洽谈将其用于产业化。新型抗菌玻璃器皿是21世纪玻璃容器行业的发展方向。2.抗菌荧光灯的使用：日立制作新开发了具有抗菌作用的新型荧光灯，并于1997年商品化。这种灯寿命长，节省能量，应用前景广阔。该灯表面涂上了光催化杀菌剂TiO2，能分解灯表面的油渍、空气中的菌类异臭等。3.农用抗菌剂方面的应用日本开发了商品名为ァリン的新型无机杀菌剂。其主要成分为SiO2、TiO2和银、铜离子。四、水处理中的应用：国内目前还处于实验室阶段。研究表明,纳米二氧化钛及其载体的吸附性能使低浓度的有害物质得以浓缩,在紫外光甚至自然光的作用下能使许多环境污染物完全降解,但几乎所有的研究都处于实验室阶段,真正能工业化应用的尚未见报道。究其原因,关键在于光催化剂本身还存在某些不足,如钛系光催化材料普遍需要紫外光照射,对自然光的响应率不高,难以降解高浓度的废水废气。另外,光催化活性随反应时间的延长大幅度下降甚至出现催化剂中毒现象等。因此,要使TiO2等光催化材料在环境保护中的应用真正进入实用阶段,必须进行大量的掺杂、复合等体相和表面的修饰研究,以获得光响应范围宽和量子效率高的光催化复合材料。高度重视反应机理和催化剂中毒机理的研究,延长催化剂的使用寿命。重视非氧化钛系光催化材料的合成以及高效多能光反应器的开发研究。根据光催化剂难处理高浓度和大剂量污染物的特点,着眼于开发传统污水处理技术与光催化降解相结合的联合新工艺,促进光催化技术的工业化应用。相信随着纳米光催化技术基础研究的深入和纳米技术实用化进程的发展,将会大大拓展人类保护环境的能力,有助于解决诸如水资源污染以及大气污染等难题。美国得克萨斯大学研究人员利用TiO2和太阳光进行灭菌。他们将大肠杆菌和TiO2混合液在大于380nm的光线照射下，发现大肠杆菌以一级反应动力学方程被迅速杀死。这种技术有可能成为当前用氯化方法水处理的代用技术。五、净化空气方面的应用：光触媒纳米二氧化钛(催化作用)装修除味分解甲醛苯TVOC氨，作为催化的产品国内有光触媒液，光触媒过滤网，光触媒空气净化器，光触媒纺织品整理剂等光催化环保产品，在购物网站上都能买到。纳米二氧化钛具有很强的催化能力，可以吸收可见光的能量来分解一些有毒气体。但是粉体状态的纳米二氧化钛直接加入水中会团聚成微米级别，基本失去催化降解的功能。所以要用强力分散工艺将其在水中分散。而且还得加一点成膜助剂，保证喷晒之后能粘附牢固。1996年大金公司开发了新型空气净化除臭机，该机具有抗菌除臭的能力，同年10月开始出售。与原产品相比，价格约高出10%，抗菌效率提高10%，达到99.9%。除臭能力为活性炭的130倍。日本石原公司与丰田汽车公司和Equos研究公司联合开发成功利用TiO2光催化反应高效率地除掉空气中的有害成份如NOx、甲醛等。此项新技术是在TiO2中添加特殊的氧化助催化剂。其净化能力约为现有TiO2的3倍。六、在电池方向的应用：1.染料敏化二氧化钛纳米晶薄膜为光阳极的光伏电池1991年，瑞士学者Gr苴tzel等人在Nature上发表文章，提出了一种新型的以染料敏化二氧化钛纳米晶薄膜为光阳极的光伏电池，（称NPC电池，NanocrystallinePhotovoltaicCells的简称，或DSNC(DSSC)，DyeSensitisedNanocrystallineSolarCells的简称，或DSC，Dye．sensitizedSolarCell的简称)。Grgtzel型电池是一种全新概念的光电化学电池。这种电池的出现为光电化学电池的发展带来了革命性的创新，其光电转化效率在模拟日光照射下可达7．1‰～7．9‰且成本比硅太阳能电池大为降低。此文章一发表，就引起了极大的关注和研究兴趣。目前，此种电池的效率已稳定在10％左右，其成本估价约为0．5~0．8美元／W。且性能稳定，其应用前景十分诱人。国外权威的科学家认为，这一技术将逐渐取代传统的太阳能电池，成为今后能源技术发展的重点。（研发阶段）纳米二氧化钛已广泛应用于钴酸锂电池材料中。适量添加纳米二氧化钛后,初始可逆容量和高循环性能有明显提高,放电平台比未添加的更好。此外,适量添加纳米二氧化钛,可有效提高电池在多次充放电过程中的电化学稳定性和热稳定性,使电池在使用过程中更稳定、更耐用。经用户长期使用后,产品稳定性高,应用效果显著。2.在锂电池方面的应用纳米二氧化钛(TA18)添加到锂电池里:⒈纳米二氧化钛具有极好的高倍率性能和循环稳定性，快速充放电性能和较高的容量，脱嵌锂可逆性好等特点，在锂电池领域具有很好的应用前景。1)纳米二氧化钛能有效降低锂电池的容量衰减，增加锂电池稳定性，提高电化学性能。2)提高电池材料的首次放电比容量。3)降低了LiCoO2在充放电过程中的极化，使材料具有更高的放电电压及更平稳的放电效果。4)适量的纳米二氧化钛可以疏松状存在，降低了粒子间应力及循环过程中所造成的结构和体积的微小应变，增加电池的稳定性。⒉在化学能太阳能电池中，纳米二氧化钛晶体具有光电转换率高、能很大提高太阳电池的能量转换率、成本廉价、工艺简单及性能稳定的特点。其光电效率稳定在10%以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/5~1/10.寿命能达到20年以上。⒊在镍镉电池中，纳米二氧化钛具有良好的导电性、宽温度工作范围的特点。七、在纺织品中的应用在纤维纺织成纱的过程中，为了减少经纱断头必须上浆。中国从上世纪五六十年代开始使用的浆料PVA为高分子化合物，在自然环境中很难降解。因此在欧洲部分国家被列为"不洁浆料"，已经被明令禁止使用。欧盟对PVA的限制，也将是中国棉纺织品出口绿色贸易壁垒的关注重点。开发绿色环保浆料，取代难降解的PVA是国内纺织行业一直寻求的"破壁"目标。纳米二氧化钛T25F用在纺织浆料里面，通过与淀粉的完美结合，提高纱线的综合织造性能，减少PVA的用量，煮浆时间短，降低了浆料成本，提高浆纱效益，也解决了PVA浆料不易退浆、环境污染等诸多问题。纳米二氧化钛在纱线里主要是替代PVA，起到贴顺毛羽，填补缺口，润滑的作用。用来制作医疗用品(如手术服、抗菌口罩、护士服等)外,还可制作抑菌的高级纺织品和成衣(内衣、外装、袜子、睡衣等),以及医院用的消毒绷带、床单、婴儿尿布等。八、在塑料橡胶方面的应用：还处于还处于摸索阶段，有待进一步研究和探索的理论问题还有很多。主要是能提高橡胶塑料的耐候、抗老化性能。因为纳米二氧化钛可以吸收系外线。另外，食品包装材料、造纸工业等方面也有应用市场。目前最著名的纳米二氧化钛：德固赛P25表面的氢氧基团使其具有亲水性，并且该产品没有任何色素特征。基本颗粒的平均粒径大约为21nm，颗粒的大小和4g/cm3的密度使其具有50m2/g的特殊表面。德固赛P25属于混晶型，锐钛矿和金红石的重量比大约为80/20，由于两种结构混杂增大了TiO2晶格内的缺陷密度，增大了载流子的浓度，使电子、空穴数量增加，使其具有更强的捕获在TiO2表面的溶液组份（水、氧气、有机物）的能力。P25纳米级二氧化钛，有优异的紫外线吸收、光催化杀菌、分解有机污染物等性能，可用于纳米涂料，空气净化器、自清洁玻璃、陶瓷等。总之由于纳米二氧化钛的颗粒细小，高比表面，钛化合物的优良光学性质等使纳米二氧化钛在抗菌防霉、水处理、排气净化、脱臭、防污、耐候、抗老化、汽车面漆、它在信息、材料、能源、环境、卫生与医疗等领域都有着广泛应用前景。