纳米光催化杀菌技术研究进展.pdfVIP

第32卷第7期 北京工业大学学报 V01．32No．7 2006年7月 0F UNIVERSITY0FTECHNOLOGY JOURNALBEUING Jul．2006 纳米光催化杀菌技术研究进展 鹿院卫，马重芳，王 伟，李文彩 (北京工业大学环境与能源工程学院传热强化与过程节能教育部重点实验室，北京 100022) 摘要：为了分析目前光催化杀菌技术研究中存在的问题及制约其发展的因素，本文从纳米Ti02光催化杀菌 技术的机理出发，分析了光催化杀菌技术在湿度影响、催化剂改性与成膜技术等方面的研究现状及其在水处理、 中央空调系统杀菌、涂料与电器行业等方面应用中存在的问题，指出了不同技术之间的相互交叉是推进光催化 杀菌技术实现产业化的关键，并指出了未来需要加强研究的方向． 关键词：半导体；Ti02；微生物；光催化；杀菌 中图分类号：Q505 文献标识码：A 文章编号：0254一0037(2006)07一0622一06 近年来，纳米Ti02光催化技术在太阳能光催化分解水制氢、环境污染治理及杀菌、消毒等方面得到了 等微生物引起的环境健康问题展开了进一步研究，从而推进了纳米光催化抗菌、杀毒技术研究的深入展 开．目前纳米光催化杀菌技术已成为一个研究热点．传统的抗菌方法多采用银系抗菌剂，它只使病菌微 生物的细胞失去活性，但细菌被杀死后，会释放出致热和有毒的组分如内毒素．内毒素是致命物质，可引 起伤寒、霍乱等疾病．而纳米Ti02光催化技术不仅能攻击细菌的外层细胞，穿透细胞膜，破坏细菌的内部 结构，彻底杀灭细菌【1’3 J，同时还能降解由细菌释放出的有毒复合物，不产生二次污染． 杆菌、酵母菌和大肠杆菌等微生物具有彻底杀灭的作用，许多学者对此进行了深入的研究，福州大学的刘 平【6J研究了纳米Ti02催化剂成膜温度对光催化灭菌效率的影响，认为随着温度的升高，催化剂的晶型发 生了变化，进而影响到光催化杀菌效率．华东理工大学的陈爱平[7]通过电镜分析研究了负载型Ti02／玻 璃弹簧对细菌的光催化杀灭作用．本文从光催化技术的杀菌机理出发，综述分析光催化杀菌技术研究的 发展状况及未来的研究方向． 1光催化技术杀菌机理 光催化剂是指可通过吸收光而处于更高的能量状态，并将能量传递给反应物而使其发生化学反应的 一类物质．Ti02因其强大的氧化还原能力，具有抗化学和光腐蚀、无毒、催化活性高、稳定性好以及抗氧 化能力强等优点而备受关注．半导体Ti()2是由不连续的充满电子的低能价带和空的高能导带构成，价带 和导带之间存在禁带(E。)．当能量等于或大于禁带宽度的光照射在半导体表面时，即照射光的光子能量 (E)满足：E=^口≥E。时，价带上的电子被激发跃迁到导带，同时在价带上产生相应的空穴，从而在催化 剂表面生成电子一空穴对(e一一h+)．光生电子一空穴对如果不被及时分离，就会产生复合，放出热量、降低 Ti02的催化性能．如果存在合适俘获剂，电子和空穴的复合就会受到抑制． 一般说来，催化剂表面吸附的H20和02是光生电子一空穴对的俘获剂，催化剂表面吸附的H：o或 收稿日期：2004一12—24． 作者简介：鹿院卫(197l一)，女，陕西蓝田人，副研究员． 万方数据 第7期 鹿院卫等：纳米光催化杀菌技术研究进展 623 OH一会与光生空穴反应形成具有强氧化性的活性羟基(·OH)，而光生电子则与表面吸附的O：反应，生成 kJ／m01反应能b 为348，414，306，352，465，389 化产生的·OH还能够分解细菌的生长与繁殖所需的有机营养物质，从而抑制了细菌生长和发育，在很大 程度上减少了细菌数量，达到抗菌和杀菌的目的． TiO，+矗口=e一+h+ 1 OH一+h+一·OH 2 H0+h+_