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论文字数:13782,页数:27
第一章 绪论 1.1 TiO2的基本性质与基本结构 1.1.1 TiO2的基本性质和结构 二氧化钛白色粉末无毒、不溶于水、有机酸和弱无机酸，微溶于碱。在浓硫酸以及氢氟酸中长时间煮沸可完全溶解，在碳酸氢钾的饱和溶液中热敏性稳定，在2800℃以上逐渐熔融。 二氧化钛有板钛矿型(Broolnte)，锐钛矿型 (Anatase)和金红石型(Rutile)三种不同晶型，它们的主要区别在于八面体结构内部扭曲和结合方式不同，图1.1为二氧化钛锐钛矿型和金红石型的单元结构，每个Ti4+被六个O2-构成的八面体所包围。锐钛矿型的Ti-Ti键距比金红石型的大，Ti-O键距小于金红石型。金红石型中的每个八面体与周围10个八面体相联(其中两个共边，八个共顶角)，而锐钛矿型中的每个八面体与周围8个八面体相联(四个共边，四个共顶角)。这些结构上的差异导致了两种晶型有不同的质量密度及电子能带结构。 图1.1 TiO2晶型示意图 ·1.1.2 TiO2的应用 随着工业的迅速发展，环境污染问题日趋严重。生态环境的恶化使人类的生存环境正面临着越来越严峻的考验，各国政府都将环境污染治理列为头等大事，纷纷投入巨资用于环境净化材料及环境污染治理技术等方面的研究。最近人们发现二氧化钛(TiO2)表面经过紫外光照射之后具有超亲水性，该性能为TiO2应用开 辟了新的领域（如材料表面的自清洁功能等），其环保应用前景也非常广泛。其中特别是纳米锐钛型二氧化钛的研究尤为引人注目。 （1）分解去除大气中氮氧化物：汽车、摩托车尾气及工业废气等都会向空气中排放NOx等有毒气体， 而空气中NOx浓度较高会严重影响人体健康，利用TiO2光催化剂的高活性和空气中氧气可直接实现NOx的光催化氧化。目前，已利用氟树脂、TiO2光催化剂等开发出抗剥离光催化薄板，12小时后薄板表面低浓度NOx的去除率可达90％以上。在污染严重的地域，利用建筑物外墙壁或高速公路遮音壁等配置这种光催化薄板，利用太阳光可有效去除空气中的NOx。薄板表面积聚的HNO3可由雨水冲洗，不会引起光催化活性的降低。中国科技大学最近新开发出一种纳米锐钛型二氧化钛环保功能涂料，是一种水性乳胶外墙涂料。利用纳米锐钛型二氧化钛的光催化作用，以太阳光为能源，可以把每一个建筑物都变成一座大气净化站。 （2）除臭气：空气中恶臭气体主要有含硫化合物、含氮化合物、卤素及其衍生物、烃类、含氧有机物5种。以前普遍采用活性炭除这些臭气，随着气体在活性炭表面的富集，其吸附能力明显降低，使其应用受到限制。 近年来，采用TiO2光催化剂和气体吸附剂（沸石、活性炭、TiO2等）组成的混合型除臭吸附剂已得到实际应用。气体吸附剂吸附的臭气经表面扩散与TiO2光催化剂接触后，就会被氧化分解，既不会降低吸附剂的吸附活性，又解决了TiO2光催化剂对臭气吸附性较差的缺点，大大提高了臭气的光降解效率。目前，利用纳米锐钛型二氧化钛和无机胶粘剂复合开发的光催化薄板，对乙醛、甲硫醇、醚、硫化氢等臭气具有良好去除性能。纳米锐钛型二氧化钛环保功能涂料也可作为水性乳胶内墙涂料，利用纳米锐钛型二氧化钛的光催化作用和白色荧光灯，就可以去除室内的各种臭气和异味
