绿色建筑光催化材料二氧化钛研究进展

来源:用户上传      作者:

　　摘    要：当下我国社会经济快速发展，人类不合理的开发利用资源，带来了日益严重的环境问题。因此，如何合理开发利用资源、保护环境、减少污染是当下人们关注的重点。随着人们的生活水平不断提高，对建筑、建材的质量及美观有了更高的要求，因此绿色建筑材料的健康性、环保性、安全性、再生性已成为建材领域的首要选择。本文主要介绍了二氧化钛功能陶瓷、二氧化钛光催化涂料、二氧化钛自清洁玻璃及二氧化钛光催化剂混凝土等方面的相关研究进展。
　　关键词：应用现状与问题;光催化;绿色建筑材料;二氧化钛
　　1  前言
　　绿色建筑材料是指在生产、使用、废弃物处理过程中大量使用功能优良、性能优异、重复利用率更高、降解性能更好、有利于环境保护和人体健康、对周围环境没有或较小破坏与污染的环保建筑材料。二氧化钛是一种具有价格较低、无毒、化学性质稳定等优点的半导体光催化材料，在绿色建筑中应用广泛。
　　2  二氧化钛光催化建筑材料常见二氧化钛种类
　　2.1  二氧化钛功能陶瓷
　　二氧化钛功能陶瓷是指用高温熔胶法在普通陶瓷表面覆盖一层纳米级二氧化钛薄膜形成的功能性陶瓷。该陶瓷的作用机理是以照在陶瓷表面的光线为条件，表面微生物与作为催化剂的二氧化钛发生氧化分解反应，使其无法在陶瓷表面生存[1]，保证陶瓷表面的清洁，从而达到抗菌的效果。
　　2.2  二氧化钛光催化涂料
　　目前，二氧化钛光催化涂料是应用最广泛、制作最简单的光催化涂料。在建筑涂料中加入纳米级二氧化钛光催化剂，是所有同类型研究中最为广泛的制备光催化涂料方式。纳米二氧化钛粉体的表面积较大、粒径尺寸较小、表面活性较高，因此在提高涂层的强度、保色性、耐磨性、刚性、悬浮性以及附着力等性能方面效果显著。现阶段二氧化钛光催化涂料广泛应用于建筑外墙、隧道、医院等。
　　2.3  二氧化钛自清洁玻璃
　　二氧化钛自清洁玻璃的表面涂有一层或多层二氧化钛纳米级光催化薄膜，在防污去垢、分解有毒有害物质、杀菌消毒等方面十分有效[2]，健康、绿色、安全。纳米级二氧化钛玻璃的自清洁性能如此优秀，主要基于以下两大方面：一是二氧化钛本身所具有的性能，二氧化钛薄膜本身便能够在光照下产生带正电的空穴以及活泼的能自由移动的电子，空气中的氢氧化物与空穴相互反应形成了氢氧基基团，对于这种活泼的氢氧基基团来说，非常容易与各种油污污染物、有害物质发生氧化还原反应，分解成水和二氧化碳，进而体现出该玻璃的杀菌作用。二是二氧化钛薄膜具有非常高的亲水性能，薄膜与水滴形成的接触角接近于零，这使得水滴接触玻璃时就能迅速展开，形成分布均匀的水膜，水膜可以在重力的作用下向下滑并带走污渍。
　　2.4  二氧化钛光催化剂混凝土
　　二氧化钛是一种光催化降解污染物效率高、性能稳定、成本相对廉价、无毒无害的光催化剂，被广泛应用于道路混凝土。纳米级二氧化钛与混凝土、水泥相结合对丰富混凝土的功能具有重要意义，使混凝土具有更加独特、效率更高的抗菌、光催化与自清洁功能。如在透水性多孔混凝土表面喷射一定量的二氧化钛，可较容易获得具有良好光催化效果的混凝土[3～4]。多相光催化是一种减少氮氧化物（NOx）排放的很有效的方法，因此在高速公路路面应用这种混凝土材料能够有效改善汽车尾气对环境的影响，减少空气污染[5]。
　　3  存在的问题与展望
　　在绿色建筑材料领域中，传统技术材料结合光催化剂是一个重要的发展方向，该技术的独特性、优良性、便携性和可行性对社会环境经济的增长效益有着显著作用，使其日渐成为绿色建筑材料领域中无法忽视的一部分。但是光催化绿色建筑材料研究并不是一帆风顺的，该领域存在着许多急需解决的问题，主要有以下几方面：
　　（1）目前，二氧化钛纳米极材料的反应条件非常苛刻，若是要进行光催化反应，只能采用紫外线激发的方式，导致对太阳光谱的利用率非常低、光能转化率较低，如果在建筑材料中直接添加纳米级二氧化钛，可能会降低材料的光催化性能。如何扩大太阳光谱在二氧化钛光催化绿色建筑材料的使用范围，是目前急需解决的问题之一。
　　（2）光催化剂除了在生产上要求严格以外，还需要考虑在运输过程中的保存问题，由于部分光催化剂也会产生氧化反应，因此建立一个可靠的分类运输体系也是十分重要的。
　　（3）光催化剂在应用时需要考虑到对所处环境的适应性问题，因此在建筑表面应用光催化剂时，施工方要详细了解周边环境。
　　（4）如何在二氧化钛光催化剂的生产时控制环境与成本，这是当下在绿色建筑材料的生产过程中必须面对的，对于这一方面，要注意控制成本管理体系，并且要建立相关的质量监督以及污染处理体系，做到生产的环保化、高效率化。
　　（5）如何使光催化剂牢固的负载在材料表面，同时又能保存良好的光催化性能，这是使用光催化绿色建筑材料必须解决的问题。
　　（6）在光催化绿色建筑材料的实际应用过程中，如何判定和评价其光催化性能、建立正确的光催化性能评价标准，是现在急需解决的问题之一。
　　（7）传统建筑材料与纳米级二氧化钛之间的相互作用过程中，建筑基材会影响二氧化钛纳米材料的光催化活性，建材的基本性能也会受到纳米级二氧化钛的影响。因此，为了避免建材基体降低纳米级二氧化钛材料的光催化活性，同时能保持或改善建筑材料的基本性能，是新型绿色建筑材料研究急需解决的问题。
　　（8）在深入研究光催化剂反应机理这一方面，需进一步提高和完善光催化剂的性能研究。为了满足市场需求，需要加紧开发新型光催化绿色建筑材料，使其具有更加高效与可重复利用的特性。
　　4  结语
　　绿色环保、污染少、毒害小的建筑材料成为当前绿色节能环保材料的发展趋势。二氧化钛作为当下最常见的半导体材料，其化学性质稳定、热稳定性高、耐候耐腐蚀性好、毒性极小，因此，该材料常被用作一种优异的光电功能材料和光催化材料。达到纳米级别的二氧化钛更是一种高效的绿色节能环保功能型新型材料，它赋予涂料、陶瓷、水泥混凝土、玻璃等传统建筑材料更多的功能，提升了传统材料的应用性能，提供了更为广阔的绿色建材应用前景。
　　参考文献：
　　[1] 毕菲，肖姗姗，赵丽，盖广清，王立艳.TiO2光催化绿色建筑材料研究进展[J].新型建筑材料，2018（6）：63～66+108.
　　[2] 黃美娜. TiO2-SnO2基复合材料的制备及其光催化性能研究[D].广西大学，2018.
　　[3] 华香.改性TiO2、ZnO光催化剂的制备及其对染料降解的研究[D].信阳师范学院，2018.
　　[4] 孔德玉，杨杨.纳米TiO2引入方式对透水混凝土路面砖性能的影响[J].混凝土与水泥制品，2009（1）.
　　[5] 关强，陈萌.公路水泥混凝土路面喷涂纳米TiO2净化机动车排放污染物研究[J].公路交通科技，2009（3）：154～158.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14980782.htm