纳米光催化材料在功能性空气过滤

材料改性整理中的应用研究探讨

顾群   黄翔   杨建忠　王进美

（西安工程科技学院  陕西 西安 710048）

    纳米材料在功能性空气过滤材料开发上的应用主要集中在利用一些金属及半导体氧化 物的纳米粒子的特性，通过一定的工艺加工到纤维中或滤料上，使滤料具有某些特殊功能。目前主要采用的方法有共混纺丝法、静电纺丝法、接枝法和后整理法。其中后整理法是将纳米材料借助于分散剂、稳定剂、粘合剂等助剂，利用吸浸法、浸轧法、涂层法等工艺方法处理到过滤材料中，从而使滤料具有某种特殊功能。[3]后整理法工艺相对简单，可根据不同的要求配制不同的整理剂，同时可结合一些加工手段进行，在小批量多品种的生产中更具有优势。 根据不同空气过滤材料的不同功能性要求，本实验通过在对不同的空气过滤材料利用纳米材料进行不同的后整理的实验测试研究，分析了整理后的各种滤料在拒水拒油及光催化性能与整理前的变化情况，探讨纳米光催化材料在空气过滤材料后整理中应用的可行性。

2.纳米催化材料催化反应原理

    用作光催化剂的TiO2主要有两种晶相－锐钛矿相和金红实相。TiO2光催化原理如图所示.当TiO2受到光照时,尤其是在紫外线的照射下，其表面激发电离出电子(e-),同时产生正电性的空穴(h+).这个电子和空穴与TiO2表面上的氧气和水反应,使H2O氧化产生OH自由基，O2还原产生活性氧，其反应式如下。由于产生的这些活性物质的氧化或还原作用,污染物或气味则被分解成二氧化碳和水。[4] [5]

   *OH基团的氧化能力较强，有机物可被其氧化、分解，最终分解为CO2和H2O。例如，对脂肪族有机物，*OH可将其氧化为醛、酸，最后脱羧生成CO2，[2]其反应步骤为：

   每降解一个碳原子，生成一个CO2，重复循环，直到脂肪族有机物完全转化为CO2为止。
TiO2的光催化反应有如下几个特点:第一个特点是电离电子的还原能力和生成空穴的氧化能力很强，因此,有机化合物、氮氧化物以及其他各种各样的化合物在TiO2表面被氧化还原分解掉，油脂和烟油等分子量大的也可以被分解，与用于水处理的氯气和臭氧相比TiO2的强氧化性是很明显的。第二个特点是氧化还原反应只发生在TiO2表面，即在TiO2上由于光激发生成电子空穴对与存在于表面的物质发生氧化还原反应,这时TiO2本身不发生氧化还原反应,只起催化剂的作用。第三个特点是TiO2能级跃迁的间隔为3eV,波长相当于400nm,即在400nm左右的紫外光照射下可以发生光化学反应。