TiO2光催化材料的自清洁特性及其应用.pdf

技术应用与研究 20180499 Chenmical Intermediate 当代化工研究 TiO2光催化材料的自清洁特性及其应用 ＊王凯1 刘巍英2 （1.铜仁学院材料与化学工程学院 贵州 554300 2.铜仁学院学生资助中心 贵州 554300） 摘要TiO2光催化活性自上世纪70年代提出以来在能源和环境领域得到了广泛研究和应用，尤其在自清洁涂料领域。利用TiO2的光催化 功能可以有效的降解涂层表面的各种有机物，而其光致超亲水性又可以清除表面的无机颗粒。TiO2制备的自清洁涂层具有自清洁能力强、 透光性高，附着力强和耐用性好等优势，在光伏电站、汽车镀膜、幕墙等领域均有广泛的应用。本文将对基于TiO2自清洁涂料的性质、应 用和存在的问题进行介绍。 关键词纳米二氧化钛；光催化；自清洁；应用前景 中图分类号T 文献标识码A Self-cleaning Property and Application of TiO2 Photocatalytic Material Wang Kai1, Liu Weiying2 1.Materials and Chemical Engineering Institute of Tongren College, Guizhou, 554300 2.Student Funding Center of Tongren College, Guizhou, 554300 AbstractTiO2 photocatalytic activity has been widely studied and applied in the field of energy and environment since it was proposed in 1970s, especially in the field of self-cleaning coatings. The photocatalytic function of TiO2 can effectively degrade various organic compounds on the surface of the coating, and its photoinduced super hydrophilicity can also remove the inorganic particles on the surface. The self-cleaning coating prepared by TiO2 has the advantages of strong self-cleaning ability, high light transmittance, strong adhesion and good durability, and has been widely used in the fields of photovoltaic power station, automobile coating, curtain wall and so on. This article will introduce the properties, application and existing problems of TiO2 based self-cleaning coatings. Key wordsnanoscale titanium dioxide；photocatalysis；self-cleaning；application prospect 引言 近年来，幕墙、光伏电站等污染问题得到了越来越多的 关注，表面污染物的清洗在一定程度缓解了相关问题，但人 工或机械清洗方式存在成本高和操作困难等问题。TiO2基自 清洁涂料的应用有效的解决或缓解了表面污染程度，取得了 较好的社会和经济效益。特别是金属或非金属掺杂的TiO2基 自清洁涂料，它们具有更宽波长的光吸收能力，更高的光催 化能力和更好的光致亲水性等特点。随着TiO2基自清洁涂料 的相关技术和制备工艺的发展和突破，TiO2基自清洁的涂料 将得到更广泛的应用。 1.TiO2的性质 TiO2有三种，金红石、锐钛矿和板钛矿，金红石和锐钛 矿属于四方晶系，而板钛矿属于斜方晶系。由于它们空间结 构的差异，使得他们在工业中的应用也不同，锐钛矿型TiO2 比金红石型TiO2具有更强的光效应，因此在自清洁材料中得 到了广泛的应用。 锐钛矿型TiO2的具有两大特性光催化活性和光致超 亲性。TiO2在紫外线的照射下，其表面产生导带电子和价 带空穴，它们分别与空气中的O2和H2O反应生成自由基O2－ 和OH。自由基具有较高的反应能，能够破坏有机物中各类 化学键，因而能将各类有机物分解成CO2和H2O等简单的无机 物。同时，在紫外光的照射下，引起TiO2价带电子和空穴向 其表面迁移，在表面分别于Ti4和桥氧离子反应生成Ti3和 氧空位，后者与空气中的水分子结合形成物理吸附水层，赋 予二氧化钛薄膜表面能够完全被水滴浸润，在雨水的作用下 可以将表面的灰尘等污染物清除。 2.TiO2自清洁材料的应用 TiO2基自清洁涂料可应用于多种领域，包括幕墙、光伏 玻璃板、汽车反光镜、电器等。目前，光伏太阳能电池累计 装机已达到117GW，但太阳能电池板玻璃上的积尘可大大减 少其发电效率，TiO2基自清洁光伏玻璃板的应用在一定程度 上缓解了光伏玻璃板的污染问题和发电效率下降的问题。室 外幕墙玻璃的污染是另一个亟待解决的问题， 幕墙上的灰尘不仅影响室内的采光，还影响美观，让 玻璃保持洁净的方法是赋予玻璃表面的自清洁能力，例如中 国国家大剧院幕墙、迪拜体育城板球体育场屋盖等均具有自 清洁能力，意大利米兰城的15的建筑表面实现了自清洁能 力。此外，汽车反光镜也利用的TiO2的自清洁能力。自清洁 材料的具有广泛的应用场景和市场，从道路、建筑到汽车、 设备，家用电器等都需要获得自清洁能力以减少环境中灰 尘、有机物以及微生物的污染。当前，高层建筑，特别是超 高层拔地而起，给玻璃幕墙的清洁工作带来较大的风险和 费用，自清洁型玻璃的使用，不仅可以保持建筑物的清洁， 而且减少了高楼作业的风险，并且使保洁方面的费用成本 降低。 3.TiO2自清洁材料存在的问题和应对策略 TiO2自清洁涂料存在的问题包括以下几方面1成本 高，目前市场上自清洁的涂层的制备方法包括化学气相沉积 （CVD）法、磁控溅射法和溶胶凝胶（Sol-Gel）法等方 法，这些制备方法工艺复杂、设备昂贵，对技术要求比较 高，产品成本较高；2透光率下降，例如TiO2自清洁涂料 的透光率下降超过10，从而影响发电效率；3TiO2自清洁 技术应用与研究 201804100 Chenmical Intermediate 当代化工研究 涂料的光反射率较高，造成光污染；4对光敏感，在光照 下TiO2可以实现光催化和超亲水性特性，但是在黑暗的条件 下TiO2快速重构疏水表面，从而影响其自清洁效果；5对 紫外线具有选择性，TiO2自清洁涂料表面在紫外线的照射下 才会发挥其自清洁效果，在紫外线较弱或紫外照射的时间较 多的情况下其自清洁效果下降。此外，自清洁涂层在实际应 用中面临着复杂多变的环境，温度、空气的湿度、日照时 间、空气中灰尘的浓度等因素均对其自清洁效果产生影响。 针对以上问题，提出以下解决策略1加大浸涂、 喷涂和滚涂等常规方法的研发。例如，浸漆设备简单、操 作方便、工效高、涂料利用率也高，值得研究和推广；2 SiO2纳米涂层的引入不仅可以增强TiO2自清洁涂层的透光性 能，而且还可以提高涂层的超亲水性能及在光线较暗时延 长超亲水状态。此外，SiO2的存在可以降低复合膜的反射系 数，同时提高光吸收率，因此SiO2掺入具有“减反增透”的 效果；3通过掺杂非金属元素（碳、氮、硫、氟），非金 属的掺杂可以提高TiO2吸收光谱范围，提高对可见光的利用 效率。 掺杂金属（锌离子）或金属氧化物（氧化钇、氧化钨）， 甚至通过共掺杂金属/非金属也可以提高TiO2的自清洁能力。 结语 TiO2基自清洁材料研究对解决我国能源和环境中存在的 问题具有重要意义。自清洁涂层使用方便，无需维护、低碳 环保，符合国家发展趋势。但TiO2基自清洁材料还存在诸多 问题，还需要从技术和应用加大技术攻关，加速其市场化， 开发出具有“减反增透”、抗雾、抗菌等新型功能的自清洁 涂料。 【参考文献】 [1]S Banerjee,DD Dionysiou,SC Pillai.Self-cleaning appli- cations of TiO2 by photo-induced hydrophilicity and photoca- talysis.Applied Catalysis B Environmental,2015,s 176–177 396-428. [2]周树学,杨玲.二氧化钛自清洁涂层的研究现状与评述.电 镀与涂饰,2013,32157-62. [3] Wei Li,Ting Guo, Tao Meng et al., Enhanced reversible wettability conversion of micro-nano hierarchical TiO2/ SiO2 composite films under UV irradiation.Applied Surface Science,2013,28312-18. 【基金项目】 铜仁学院博士科研启动基金 项目编号trxyDH1709 【作者简介】 王凯（1986-），男，铜仁学院材料与化学工程学院；研究方 向抗污染材料、自清洁材料和医药生物材料及其相关机制的研 究。 试析影响石油产品粘度测定的主要因素 ＊吴泽琼 （中海沥青（营口）有限责任公司 辽宁 115007） 摘要这篇文章主要研究了影响石油产品运动粘度测定的原因。在测定石油产品的运动粘度时，粘度计的选择以及在恒温浴箱里的状 态、控制恒温箱的水温和石油产品中是否掺杂水以及机械杂质，是对测评石油产品粘度产生影响的主要原因。 关键词粘度；温度；测定 中图分类号T 文献标识码A Analysis on the Main Factors Influencing the Viscosity Determination of Petroleum Products Wu Zeqiong （China Shipping bitumen Yingkou CO., LTD., Liaoning, 115007） AbstractThis paper mainly studies the reasons that influence the determination of kinematic viscosity of petroleum products. In the determination of the kinematic viscosity of petroleum products, the selection of viscometer and the state in constant temperature bath box, the control of water temperature in constant temperature bath box and the doping of water and mechanical impurities in petroleum products are the main reasons for the influence of viscosity determination of petroleum products. Key wordsviscosity；temperature；determination 引言 粘度是石油产品流动性的一种表现，能够体现出液体分 子在运动时相互作用的反应，作用强流动就会变慢。粘度的 质量测评对于润滑剂来说是相当关键的化学物理参数，润滑油 以粘度对其进行分类，同时粘度也是进行等级分类的指标。 能够显示出粘度的办法有许多，显示的方法在每个地区 都不一样，如今有一些地方已经开始使用运动粘度，但是因 为运动粘度检测结果的准确度与其他方法比好很多，而且使 用样品的量也比较少，检测耗时也非常短。在现实生活中检 测石油产品的运动粘度的时候，常常因为没有运用合理的粘 度计或造成了粘度计在恒温箱里没有达到垂直状态或导致实 验温度无法保持在0.1℃，还有在石油产品中如果掺杂机 械杂质也会对粘度测定的结果造成影响。 1.粘度的实验 上接第99页 下转第101页