綠色建筑光催化材料二氧化鈦研究進展

廖婷 趙群瑤

摘? ? 要：當下我國社會經濟快速發展，人類不合理的開發利用資源，帶來了日益嚴重的環境問題。因此，如何合理開發利用資源、保護環境、減少污染是當下人們關注的重點。隨著人們的生活水平不斷提高，對建筑、建材的質量及美觀有了更高的要求，因此綠色建筑材料的健康性、環保性、安全性、再生性已成為建材領域的首要選擇。本文主要介紹了二氧化鈦功能陶瓷、二氧化鈦光催化涂料、二氧化鈦自清潔玻璃及二氧化鈦光催化劑混凝土等方面的相關研究進展。

關鍵詞：應用現狀與問題;光催化;綠色建筑材料;二氧化鈦

1? 前言

綠色建筑材料是指在生產、使用、廢棄物處理過程中大量使用功能優良、性能優異、重復利用率更高、降解性能更好、有利于環境保護和人體健康、對周圍環境沒有或較小破壞與污染的環保建筑材料。二氧化鈦是一種具有價格較低、無毒、化學性質穩定等優點的半導體光催化材料，在綠色建筑中應用廣泛。

2? 二氧化鈦光催化建筑材料常見二氧化鈦種類

2.1? 二氧化鈦功能陶瓷

二氧化鈦功能陶瓷是指用高溫熔膠法在普通陶瓷表面覆蓋一層納米級二氧化鈦薄膜形成的功能性陶瓷。該陶瓷的作用機理是以照在陶瓷表面的光線為條件，表面微生物與作為催化劑的二氧化鈦發生氧化分解反應，使其無法在陶瓷表面生存[1]，保證陶瓷表面的清潔，從而達到抗菌的效果。

2.2? 二氧化鈦光催化涂料

目前，二氧化鈦光催化涂料是應用最廣泛、制作最簡單的光催化涂料。在建筑涂料中加入納米級二氧化鈦光催化劑，是所有同類型研究中最為廣泛的制備光催化涂料方式。納米二氧化鈦粉體的表面積較大、粒徑尺寸較小、表面活性較高，因此在提高涂層的強度、保色性、耐磨性、剛性、懸浮性以及附著力等性能方面效果顯著。現階段二氧化鈦光催化涂料廣泛應用于建筑外墻、隧道、醫院等。

2.3? 二氧化鈦自清潔玻璃

二氧化鈦自清潔玻璃的表面涂有一層或多層二氧化鈦納米級光催化薄膜，在防污去垢、分解有毒有害物質、殺菌消毒等方面十分有效[2]，健康、綠色、安全。納米級二氧化鈦玻璃的自清潔性能如此優秀，主要基于以下兩大方面：一是二氧化鈦本身所具有的性能，二氧化鈦薄膜本身便能夠在光照下產生帶正電的空穴以及活潑的能自由移動的電子，空氣中的氫氧化物與空穴相互反應形成了氫氧基基團，對于這種活潑的氫氧基基團來說，非常容易與各種油污污染物、有害物質發生氧化還原反應，分解成水和二氧化碳，進而體現出該玻璃的殺菌作用。二是二氧化鈦薄膜具有非常高的親水性能，薄膜與水滴形成的接觸角接近于零，這使得水滴接觸玻璃時就能迅速展開，形成分布均勻的水膜，水膜可以在重力的作用下向下滑并帶走污漬。

2.4? 二氧化鈦光催化劑混凝土

二氧化鈦是一種光催化降解污染物效率高、性能穩定、成本相對廉價、無毒無害的光催化劑，被廣泛應用于道路混凝土。納米級二氧化鈦與混凝土、水泥相結合對豐富混凝土的功能具有重要意義，使混凝土具有更加獨特、效率更高的抗菌、光催化與自清潔功能。如在透水性多孔混凝土表面噴射一定量的二氧化鈦，可較容易獲得具有良好光催化效果的混凝土[3～4]。多相光催化是一種減少氮氧化物（NOx）排放的很有效的方法，因此在高速公路路面應用這種混凝土材料能夠有效改善汽車尾氣對環境的影響，減少空氣污染[5]。

3? 存在的問題與展望

在綠色建筑材料領域中，傳統技術材料結合光催化劑是一個重要的發展方向，該技術的獨特性、優良性、便攜性和可行性對社會環境經濟的增長效益有著顯著作用，使其日漸成為綠色建筑材料領域中無法忽視的一部分。但是光催化綠色建筑材料研究并不是一帆風順的，該領域存在著許多急需解決的問題，主要有以下幾方面：

（1）目前，二氧化鈦納米極材料的反應條件非常苛刻，若是要進行光催化反應，只能采用紫外線激發的方式，導致對太陽光譜的利用率非常低、光能轉化率較低，如果在建筑材料中直接添加納米級二氧化鈦，可能會降低材料的光催化性能。如何擴大太陽光譜在二氧化鈦光催化綠色建筑材料的使用范圍，是目前急需解決的問題之一。

（2）光催化劑除了在生產上要求嚴格以外，還需要考慮在運輸過程中的保存問題，由于部分光催化劑也會產生氧化反應，因此建立一個可靠的分類運輸體系也是十分重要的。

（3）光催化劑在應用時需要考慮到對所處環境的適應性問題，因此在建筑表面應用光催化劑時，施工方要詳細了解周邊環境。

（4）如何在二氧化鈦光催化劑的生產時控制環境與成本，這是當下在綠色建筑材料的生產過程中必須面對的，對于這一方面，要注意控制成本管理體系，并且要建立相關的質量監督以及污染處理體系，做到生產的環保化、高效率化。

（5）如何使光催化劑牢固的負載在材料表面，同時又能保存良好的光催化性能，這是使用光催化綠色建筑材料必須解決的問題。

（6）在光催化綠色建筑材料的實際應用過程中，如何判定和評價其光催化性能、建立正確的光催化性能評價標準，是現在急需解決的問題之一。

（7）傳統建筑材料與納米級二氧化鈦之間的相互作用過程中，建筑基材會影響二氧化鈦納米材料的光催化活性，建材的基本性能也會受到納米級二氧化鈦的影響。因此，為了避免建材基體降低納米級二氧化鈦材料的光催化活性，同時能保持或改善建筑材料的基本性能，是新型綠色建筑材料研究急需解決的問題。

（8）在深入研究光催化劑反應機理這一方面，需進一步提高和完善光催化劑的性能研究。為了滿足市場需求，需要加緊開發新型光催化綠色建筑材料，使其具有更加高效與可重復利用的特性。

4? 結語

綠色環保、污染少、毒害小的建筑材料成為當前綠色節能環保材料的發展趨勢。二氧化鈦作為當下最常見的半導體材料，其化學性質穩定、熱穩定性高、耐候耐腐蝕性好、毒性極小，因此，該材料常被用作一種優異的光電功能材料和光催化材料。達到納米級別的二氧化鈦更是一種高效的綠色節能環保功能型新型材料，它賦予涂料、陶瓷、水泥混凝土、玻璃等傳統建筑材料更多的功能，提升了傳統材料的應用性能，提供了更為廣闊的綠色建材應用前景。

參考文獻：

[1] 畢菲，肖姍姍，趙麗，蓋廣清，王立艷.TiO2光催化綠色建筑材料研究進展[J].新型建筑材料，2018（6）：63～66+108.

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[3] 華香.改性TiO2、ZnO光催化劑的制備及其對染料降解的研究[D].信陽師范學院，2018.

[4] 孔德玉，楊楊.納米TiO2引入方式對透水混凝土路面磚性能的影響[J].混凝土與水泥制品，2009（1）.

[5] 關強，陳萌.公路水泥混凝土路面噴涂納米TiO2凈化機動車排放污染物研究[J].公路交通科技，2009（3）：154～158.