【二氧化钛光催化】二氧化钛光催化原理 杀菌机理 优点介绍

一、二氧化钛为什么是光催化材料？

在众多半导体光催化材料中，TiO2以其化学性质稳定、氧化-还原性强、抗腐蚀、无毒及成本低而成为目前最为广泛使用的半导体光催化剂。

TiO2属于一种n型半导体材料，它有三种晶型——锐钛矿相、金红石相和板钛矿相，从热力学角度看，金红石是相对最稳定的晶型，熔点为1870℃；而锐钛矿是二氧化钛的低温相，一般在500℃~600℃时转变为金红石。二氧化钛晶型转变的实质是晶胞结构组成单元八面体的结构重排。金红石晶型结构中原子排列更加致密，密度、硬度、介电常数更高，对光的散射也更大。因此，金红石是常用的白色涂料和防紫外线材料，对紫外线有非常强的屏蔽作用，在工业涂料和化妆品方面有着广泛的应用。锐钦矿的带隙宽度为稍大于金红石的，光生电子和空穴不易在表面复合，因而具有更高的光催化活性能够直接利用太阳光中的紫外光进行光催化降解，而且不会引起二次污染。因此，锐钛矿是常用的处理环境污染方面问题的光催化材料。

二、二氧化钛光催化原理

ZXL-001纳米二氧化钛光催化反应机理：

纳米TiO2光催化降解机理共分为7个步骤来完成光催化的过程：

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

当一个具有hv能量大小的光子或者具有大于半导体禁带宽度Eg的光子射入半导体时，一个电子由价带(VB)激发到导带(CB)，因而在导带上产生一个高活性电子（eˉ)，在价带上留下了一个空穴(h )，形成氧化还原体系。溶解氧及水和电子及空穴相互作用，最终产生高活性的羟基。OHˉ、O2ˉ、OOHˉ自由基具有强氧化性，能把大多数吸附在TiO2表面的有机污染物降解为CO2、H2O，把无机污染物氧化或还原为无害物。

三、二氧化钛光催化杀菌机理

ZXL-001纳米二氧化钛具有很强的光催化杀菌作用。通过对纳米TiO2光催化杀灭革兰氏阴、阳性细菌的致死曲线进行对比、常规培养验证和透射电镜观察得出结论：纳米TiO2光催化灭菌首先是从细菌细胞壁开始，其产生的自由基能破坏细胞壁结构，使细胞壁断裂、破损，质膜解体，然后进入胞体内部破坏内膜和细胞组分，使细胞质凝聚，导致细胞内容物溢出，可出现菌体空化现象。从而证实了纳米TiO2的抑菌机理是在光催化作用下，纳米TiO2禁带上的电子由价带跃迁到导带，在表面形成高活性的电子-空穴对，并进一步形成·OHˉ、·O2ˉ、·OOHˉ通过一系列物理化学作用破坏细菌细胞，从而杀灭细菌。

四、TiO2光催化剂优点有哪些？

1、把太阳能转化为化学能加以利用。

2、降解速度快，光激发空穴产生的·OH是强氧化自由基，可以在较短的时间内成功的分解包括难降解有机物在内的大多数有机物。

3、降解无选择性，几乎能降解任何有机污染物。4.降解范围广，几乎对所有的污水都可以采用。

4、具有高稳定性、耐光腐蚀、无毒等特点，并且在处理过程中不产生二次污染；有机污染物能被氧化降解为CO2和H2O，并且其对人体无毒。

5、反应条件温和，投资少，能耗低，用紫外光照射或暴露在太阳光下即可发生光催化化学反应。

6、反应设备简单，易于操作控制。光催化反应具有稳定性，一般情况下，负载TiO2光催化剂能多次使用，不影响反应效果，催化作用持久长效。

TiO2能有效的将废水中的有机物、无机物氧化或还原为CO2、PO43-、SO42-、NO3-、卤素离子等无机小分子，达到完全无机化的目的。染料废水、农药废水、表面活性剂、氯代物、氟里昂、含油废水等都可以被TiO2催化降解。而且TiO2具有杀菌效果，这种特性几乎是无选择性的，包括各种细菌和病毒。

纯粹的TiO2需要紫外线的协助，且作用缓慢，所以作为器材消毒并不被认可，而随着TiO2-NCP对可见光利用的量子效应的增大，作为器皿表面“自清洁”的能力，引起人们的极大兴致。

“自清洁”医疗器材的特点

①只要有可见光存在，就能产生作用。

②光触媒本身并不随时间延长而消耗,使用寿命持久。

③零废物，光触媒在杀灭微生物的同时还消除了微生物的次级代谢产物。