新型环境材料纳二氧化钛
(精选)纳米二氧化钛在物体表面的抗菌作用
纳米二氧化钛在物体表面的抗菌作用纳米TiO2问世于20世纪80年代后期，是一种有着普遍用途的无机材料。
因其独特的紫外线屏蔽、光催化作用、颜色效应等性能，在高级涂料、化妆品、废水处置、空气净化、杀菌和高效太阳能电池等方面有着广漠的应用前景。
纳米二氧化钛(TiO2)作为光催化半导体无机抗菌剂，具有广谱抗菌功能，能抑制和杀灭微生物，并有除臭、防霉、消毒的作用，其本身化学性质稳固且对人体和环境无害，光催化作用持久，因此愈来愈取得世人青睐。
纳米TiO2的结晶有两种晶态：即金红石型和锐钛型。
通常，金红石型的二氧化钛光催化能力差，而锐钛型的二氧化钛具有强光催化能力。
锐钛型纳米TiO2在H2O、O2体系中发生光催化反映，产生的羟基自由基(HO·)，能和多种细菌和臭体反映，而有效地灭菌和排除臭味，因此能够制成纳米TiO2抗菌剂。
纳米TiO2抗菌剂具有将细菌及其残骸一路杀灭清除的能力，同时还能将细菌分泌的毒素也分解掉。
而且纳米TiO2作为杀菌剂还具有以下几个特点：一是即效性好，如银系列抗菌剂的成效约在24h左右发生，而纳米TiO2仅需1h左右；二是TiO2是一种半永久维持抗菌成效的抗菌剂，不像其它抗菌剂会随着抗菌剂的溶出而成效慢慢下降；三是有专门好的平安性，与皮肤接触无不良阻碍。
本实验采纳了四种新型的纳米TiO2喷液(原液、复合液1#、复合液2斡、复合液3#)喷涂在瓷片和纸片上，并对其在瓷片和纸片应用中的杀菌成效进行了实验观看；同时咱们对涂有纳米TiO2喷液的部份瓷片通太高温预处置以后对其灭菌成效进行了观看实验。
1 材料与方式菌种来源大肠杆菌华南理工大学食物科学与工程学院实验室提供。
材料培育基营养肉汤培育基(g/100mL)：酪蛋白胨，牛肉浸膏，。
MR-VP培育基(g/100mL)：(月示)胨，葡萄糖，K2HPO4，pH值。
瓷片和纸片瓷片：3cm×3cm的干净瓷片。
纸片：白度为85(%，ISO)的针叶木浆抄成定量为60g/m2的纸片，其中不加任何化学药品。
金属氧化物纳米材料在环境污染治理中的应用
金属氧化物纳米材料在环境污染治理中的应用随着现代工业的迅猛发展，环境污染问题已经成为人们关注的焦点。
工业生产过程中产生的有害物质，空气、水、土壤等资源的污染已经对人类健康和自然环境造成了严重危害。
在环境污染治理中，金属氧化物纳米材料是一种有前途的治理方法。
1. 金属氧化物纳米材料金属氧化物纳米材料是一种材料，其尺寸在1-100纳米之间，具有较高的比表面积和改变的晶格结构，具有优异的光学、电学、催化以及生物活性等物理化学性能。
金属氧化物纳米材料包括二氧化钛、氧化铁、氧化锌、氧化铜等，这些材料被广泛应用于污染物的控制和污染治理方面。
2. 金属氧化物纳米材料在环境污染治理中的应用2.1 大气污染治理二氧化钛是一种重要的大气污染治理材料，可以将空气中的污染物通过光催化氧化转化为二氧化碳和水，从而减少大气污染物的排放。
实验表明，二氧化钛纳米颗粒具有更好的光催化效果和稳定性，可用于治理氮氧化物、挥发性有机物等大气污染物。
2.2 水污染治理金属氧化物纳米材料也广泛应用于水污染治理中。
例如，氧化铁、氧化锌等纳米材料可以去除水中的有机物、重金属离子和细菌等杂质。
此外，金属氧化物纳米材料与其他材料结合使用，具有更好的去除水中有害物质的效果。
2.3 土壤污染治理土壤污染是人类面临的重要环境问题之一。
纳米金属氧化物作为一种新型土壤污染治理材料，具有很好的去除效果。
例如，二氧化钛纳米颗粒可用于土壤重金属离子的去除，氧化铁纳米材料可用于土壤中的有机物去除。
3. 现状和前景随着环境污染日益严重，金属氧化物纳米材料在环境污染治理方面的应用也越来越广泛。
虽然目前存在一些技术难题，如纳米材料的合成、稳定性、毒性以及对环境的影响等问题，但金属氧化物纳米材料在环境污染治理中的应用前景是十分广阔的。
总之，金属氧化物纳米材料是一种有前途的环境污染治理材料。
虽然尚存在一些技术难题，但是通过合理的设计和优化，金属氧化物纳米材料将成为环境污染治理的重要手段之一。
纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究
纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。
环境问题已严重影响现代文明的发展，有机污染物具有持久性的特点而长期威胁人类健康，开发和设计仅利用太阳能即可完成对有机污染物降解的新材料将会是解决环境问题的有效方法之一。
纳米TiO2作为一种光催化材料，具有优异的物理和化学性质，因而被广泛应用和重点研究。
本文就纳米TiO2材料的制备及其光催化性能展开探讨。
标签：纳米TiO2;光催化;制备方法;光催化效能引言半导体光催化技术是解决环境污染与能源短缺等问题的有效途径之一。
以二氧化钛为代表的光催化剂在染料敏化太阳能电池、锂离子电池、光伏器件以及光催化领域表现出明显的使用优势.但是TiO2本身的弱可见光吸收、低电导率、高载流子复合速率限制了其在工业生产中的进一步使用。
科技工作者一般通过掺杂、半导体复合、燃料敏化、表界面性质改性等方法提高TiO2的光电化学性能，使其能在生产实践中广泛应用。
1、TiO2材料简介TiO2在自然界中的主要存在形态为金红石、锐钛矿和板钛矿三种晶型，其中金红石是TiO2的高温相，锐钛矿和板钛矿两种形态是TiO2的低温相。
在三种晶型中光催化活性最好的为锐钛矿型TiO2。
锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV 与之对应的激发波长为387nm。
所以，TiO2作为光催化剂在紫外光条件下具有催化活性，在可见光下一般没有活性。
只有对它的结构进行改性，使它的禁带宽度得以缩小，才可以实现材料在可见光条件下的催化降解反应。
改性的方式目前主要有以下几种方法：通过改变晶体内部结构来改变催化剂禁带宽度的离子掺杂方法，通过形成异质结改变能带结构的半导体复合法，提高催化剂对光的吸收能力的表面光敏化法，增大催化剂比表面积使晶粒细化的负载载体法等。
光催化材料中电子e一和空穴h十的浓度会影响有机物的降解速度。
粒径的减小能够使表面原子增加，使光催化剂吸收光的效率显著提高，使其表面e一和h十的浓度增大，从而提高光催化剂的催化活性。
纳米TiO2的制备方法
31一、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种较为重要的制备纳米材料的湿化学方法，主要包括4步：1.溶胶的制备。
Ti(OR)4与水不能互溶，但与醇、苯等有机溶剂无限混溶，所以可先配制Ti(OR)4的醇溶液（多用无水乙醇）A，配制水的乙醇溶液B，并向B中添加无机酸（HCl，HNO 3等）或有机酸（HAc或柠檬酸等）作水解抑制剂，也可加一定量NH 3，将A和B按一定方式混合、搅拌得透明溶胶。
2.溶胶-凝胶的转变。
随着搅拌的进行，溶胶经过缩聚过程转变成湿凝胶。
3.使湿凝胶转变成干凝胶。
4.热处理。
将干凝胶磨细，在一定温度下热处理，便可得到纳米TiO 2。
以Ti(OC 4H 9)4为原料，无水乙醇为溶剂，盐酸作水解抑制剂，按摩尔比为Ti(OC 4H 9)4:H 2O:C 2H 5OH:HCl=1:(1～4):15:0.3，得到不同粒径和晶型的TiO 2纳米晶。
用溶胶-凝胶法制备了Pt掺杂的TiO 2，得出在Pt含量为0.1% mol的时候光催化性能最好。
溶胶-凝胶法(Sol-Gel)是目前研究应用最多的TiO 2光催化剂的制备方法之一，溶胶-凝胶法制备纳米材料有如下优点为：（1）反应条件温和，成分容易控制；（2）工艺、设备简单；（3）产品纯度高，容易掺杂改性。
在溶胶－凝胶过程中，溶胶由溶液制得。
化合物在分子级水平混合，故胶粒内及胶粒间化学成分完全一致；颗粒细，胶粒尺寸小。
该法可容纳不溶性组分或不沉淀组分，不溶性颗粒均匀地分散在含不产生沉淀的组分的溶液，经凝胶化、不溶组分可自然地固定在凝胶体系中，不溶性组分颗粒越细，体系化学均匀性越好；掺杂分布均匀，可溶性微量掺杂组分分布均匀，不会分离、偏析。
它比醇盐水解法优越，粉末活性高。
一般情况下，溶胶-凝胶法在室温合成无机材料，能从分子水平上设计和控制材料的均匀性，获得高纯、超细、均匀的纳米材料。
二、水热法水热合成法是在特制的密闭反应容器里，采用水溶液或其他液体作为反应介质，通过对反应容器加热，反应环境使难溶或不溶的物质溶解，进而成核、生长、最终形成具有一定粒度和结晶形态的晶粒。
纳米材料在环境修复中的新应用研究进展
纳米材料在环境修复中的新应用研究进展随着工业化和城市化进程的加速，环境污染问题日益严重，给人类的生存和发展带来了巨大的威胁。
传统的环境修复技术往往存在效率低下、成本高昂等问题，难以满足当前环境保护的需求。
近年来，纳米材料因其独特的物理、化学和生物学性质，在环境修复领域展现出了广阔的应用前景，成为了研究的热点。
一、纳米材料的特性纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1 100纳米）的材料。
由于其尺寸小，纳米材料具有比表面积大、表面能高、量子尺寸效应、小尺寸效应等独特的性质。
比表面积大意味着纳米材料具有更多的活性位点，可以与污染物充分接触并发生反应。
表面能高则使其具有更强的化学活性，容易与其他物质发生相互作用。
量子尺寸效应和小尺寸效应则会影响纳米材料的光学、电学和磁学性质，为其在环境修复中的应用提供了更多的可能性。
二、纳米材料在环境修复中的应用（一）水污染修复1、纳米零价铁纳米零价铁（nZVI）是一种常用的纳米材料，对水中的重金属离子（如铬、汞、铅等）和有机污染物（如氯代烃、硝基苯等）具有良好的去除效果。
nZVI 能够通过还原作用将高价态的重金属离子还原为低价态，从而降低其毒性和迁移性。
同时，nZVI 还可以与有机污染物发生加氢反应，将其分解为无害物质。
2、纳米二氧化钛纳米二氧化钛（TiO₂）是一种光催化材料，在紫外光的照射下能够产生强氧化性的自由基，如羟基自由基（·OH），这些自由基可以将水中的有机污染物氧化分解为二氧化碳和水。
此外，TiO₂还可以用于去除水中的微生物和藻类，具有杀菌消毒的作用。
3、碳纳米材料碳纳米管（CNTs）和石墨烯等碳纳米材料具有良好的吸附性能，可以有效地去除水中的重金属离子和有机污染物。
CNTs 独特的中空结构和大比表面积使其能够吸附大量的污染物分子，而石墨烯的二维结构和丰富的官能团也使其成为一种优秀的吸附剂。
（二）土壤污染修复1、纳米羟基磷灰石纳米羟基磷灰石（nHAP）对土壤中的重金属离子具有良好的固定作用。
二氧化钛的现状及未来五至十年发展前景
二氧化钛的现状及未来五至十年发展前景二氧化钛是一种重要的功能性材料，具有广泛的应用领域。
本文将从现状和未来五至十年的发展前景两个方面来探讨二氧化钛的发展趋势。
首先，我们来了解二氧化钛的现状。
目前，二氧化钛主要应用于光催化、染料敏化太阳能电池、光学涂层、自清洁表面涂层、防紫外线材料等领域。
其中，光催化是二氧化钛应用最为广泛的领域之一。
二氧化钛能够通过光催化反应将有毒有害物质转化为无害物质，具有很大的环保潜力。
此外，二氧化钛还可以用于制备光催化剂，催化有机合成反应，提高反应效率。
另外，二氧化钛在电池、传感器、电解池等领域也有着广阔的应用前景。
然而，二氧化钛的发展还面临一些挑战。
首先，二氧化钛的纯化和制备技术还需要进一步提高，以满足不同应用领域的需求。
其次，二氧化钛的光催化性能和稳定性还有待改进，以提高其在环境治理和能源领域的应用效果。
此外，二氧化钛还存在一定的毒性和生物相容性问题，需要进行更多的研究和改进。
然而，尽管面临一些挑战，二氧化钛在未来五至十年的发展前景仍然十分广阔。
首先，随着环境保护需求的增加，二氧化钛作为一种环境友好材料将会得到更多的应用。
其次，二氧化钛在能源领域的应用也将得到进一步发展。
例如，二氧化钛被广泛应用于太阳能电池中，可以提高电池的光电转换效率。
另外，随着纳米技术的发展，二氧化钛纳米材料的研究和应用将会得到进一步提升，为二氧化钛的性能改进提供更多可能。
此外，二氧化钛的应用还将延伸到更多领域。
例如，二氧化钛在医疗、食品安全等领域的应用也将得到拓展。
二氧化钛具有抗菌、防腐等特性，可以用于制备医疗器械、食品包装等，并起到杀菌、防腐的作用。
综上所述，二氧化钛作为一种重要的功能性材料，在现状中已经得到广泛应用，并具有良好的发展前景。
未来五至十年，随着技术的进一步发展和研究的深入，二氧化钛的性能将会得到改进和优化，应用领域将会进一步扩大。
我们对二氧化钛的未来发展充满期待，并相信它将会在各个领域发挥出更大的作用。
混凝土中掺入纳米二氧化钛的原理及应用
混凝土中掺入纳米二氧化钛的原理及应用一、引言混凝土是建筑工程中最常用的材料之一，其强度和耐久性对于建筑物的质量和寿命至关重要。
但是，普通混凝土的性能有限，不能满足当前高强度、高性能、高耐久性的建筑工程需求。
因此，为了提高混凝土的性能，研究人员开始探索在混凝土中添加纳米材料的方法。
纳米二氧化钛作为一种新型的纳米材料，具有高比表面积、高光催化活性、高抗菌性、高光稳定性等优异性能，在混凝土中的应用也越来越广泛。
本文将详细介绍混凝土中掺入纳米二氧化钛的原理及应用。
二、纳米二氧化钛的制备方法纳米二氧化钛的制备方法多种多样，常见的有溶胶-凝胶法、水热法、气相法、水相法、等离子体法等。
其中，水相法和水热法是应用最广泛的制备方法。
水相法是将钛酸酯或钛酸铵等钛源加入水中，加入还原剂或氧化剂，通过水解或氧化反应形成纳米二氧化钛。
水热法则是将钛源和还原剂加入水中，加热反应，在高温高压下形成纳米二氧化钛。
三、纳米二氧化钛在混凝土中的应用1.提高混凝土的力学性能混凝土中添加纳米二氧化钛可以显著提高混凝土的力学性能。
研究表明，掺入1%纳米二氧化钛的混凝土抗折强度、抗压强度和弹性模量分别提高了15.2%、12.7%和5.6%。
2.提高混凝土的耐久性混凝土中添加纳米二氧化钛可以提高混凝土的耐久性。
纳米二氧化钛可以吸收紫外线，形成自清洁效应，降解污染物，减少空气污染，延长混凝土的使用寿命。
同时，纳米二氧化钛还具有抗菌性能，可以杀灭混凝土表面的细菌，减少细菌的滋生，保持混凝土表面洁净。
3.提高混凝土的光催化性能纳米二氧化钛具有优异的光催化性能，可以将光能转化为化学能，分解混凝土表面的有机物和有害物质，净化空气。
因此，混凝土中添加纳米二氧化钛可以提高混凝土的光催化性能，减少空气污染。
4.提高混凝土的热稳定性纳米二氧化钛具有优异的热稳定性，可以在高温下保持稳定性能。
因此，混凝土中添加纳米二氧化钛可以提高混凝土的热稳定性，减少混凝土在高温下的变形和开裂。
二氧化钛纳米材料的应用
5二氧化钛纳米材料的应用格便宜。
由于其良好的光学和生物学性能，可应用于紫外线保护。
如果水表面接触角大于130。
或小于5 °可将表面分别定义为超疏水或超亲水表面。
各种玻璃制品具有防雾功能，如镜子，眼镜，具有超亲水或超疏水表面。
例如，冯等人发现可逆超亲水性和超疏水性，可来回切换二氧化钛纳米薄膜。
用紫外光照射二氧化钛纳米棒薄膜时，光生空穴和晶格氧产生反应，表面氧空缺。
动力学上，水分子与这些氧空缺相协调，球形水滴沿纳米棒填补了凹槽，并且在二氧化钛纳米棒薄膜上分散，接触角约为0° -这会导致超亲水二氧化钛薄膜。
羟基吸附后，表面转化成大力亚稳态。
如薄膜被放置在黑暗中，被吸附羟基逐渐取代了大气中的氧气，表面回到原始状态。
表面润湿度由超亲水转换成超疏水。
由于超亲水或超疏水表面，许多不同类型的表面具有防污、自洁性能。
电气或光学性质随吸附而产生变化，二氧化钛纳米材料也可用来作为各种气体和湿度传感器。
就未来的清洁能源应用而言，最重要的研究领域之一，是寻找高效电力和/或氢气材料。
如二氧化钛和有机染料或无机窄禁带半导体敏化，二氧化钛能吸收光，形成可见光区域，并将太阳能转换成电能，应用于太阳能电池。
Gratzel领导的小组，运用染料敏化太阳能技术，实现了将所有太阳能转换成电流，转换效率物10.6%电流。
人们广泛研究了二氧化钛纳米材料用于水分解和制氢，这是因为于水氧化还原时，其具有合适的电子能带结构。
二氧化钛纳米材料另外应用-二氧化钛纳米材料与染料或金属纳米粒子敏化时，形成光致变色。
当然，二氧化钛纳米材料的众多应用之一是光催化分解各种污染物。
5.1光催化应用二氧化钛被认为是最有效的、无害环境的光催化剂，广泛用于各种污染物的降解。
二氧化钛光催化剂还可以用来杀死细菌，可处理大肠杆菌悬液。
发亮的二氧化钛具有强氧化力，癌症治疗中，可用于杀死肿瘤细胞。
人们广泛研究了光催化反应机制。
半导体的光催化反应原理非常简单。
吸收的光子能量大于二氧化钛带隙，电子从价带激发到导带，形成电子空穴对。
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新型环境净化材料——纳米二氧化钛摘要：本文主要通过对纳米二氧化钛结构及性能的介绍，引出其应用，特别是在环境净化方面的应用。
纳米二氧化钛是一种新型环境净化材料，有板铁矿、锐铁矿和金红石三种晶体结构，具有良好的光催化性能及亲水性，这也是其在环境净化方面的应用基础，主要用于净化水、空气和杀菌，另外还可做建筑涂料。
本文着重介绍了其在废水处理方面的应用，有处理染料废水、处理农业废水和处理含表面活性剂的废水、处理含油废水和处理造纸废水。
制备方法主要有：溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、钛醇盐的气相水解法以及液相沉淀法其中液相沉淀法又包括直接沉淀法、均匀沉淀法以及共沉淀法。
关键字：环境；材料；净化；纳米二氧化钛；结构；性能；应用；光催化技术目录1 绪论 (2)2 TiO2的结构 (2)2.1 晶格结构 (2)2.2 表面结构 (3)3 纳米TiO2的性质 (3)3.1 晶型的性质 (3)3.2光学性质 (3)3.3 半导体性质 (4)4环境功能纳米TiO2的应用 (4)4.1在废水处理中的应用 (4)4.2在空气净化方面的应用 (6)4.3 纳米TiO2改性建筑涂料 (6)5 纳米TiO2的制备 (7)5.1 溶胶-凝胶法 (7)5.2化学气相沉积法 (8)5.3 钛醇盐的气相水解法 (9)5.4 液相沉淀法 (9)参考文献 (11)1 绪论1988年第1届IVMRS国际会议(东京)上首先提出了环境调和材料。
环境调和材料(简称环境材料)是指与生态环境和谐或能共存的材料，日本的铃木、山本等提出，环境负担最小，而再循环利用率最高的材料称为环境材料。
它包括节能材料；再循环材料；净化材料；增进健康材料；调光、调温、调湿材料；调节环境材料(包括树木)。
其中净化材料指可净化或吸附有害物质的材料或物质。
[1]纳米TiO2光催化杀菌是目前环境净化的研究热点。
纳米TiO2光催化技术始于1972年Fujishima和Hondar做的关于光辐照二氧化钦可持续发生氧化还原反应的研究。
1985年，Matasunaga等使用Ti/Pt 催化剂在近紫外光照射下6 0 —120 min内杀灭了水中的微生物。
自此二氧化钛光催化杀菌的研究日益受到重视，研究对象也逐渐扩展至水体及空气中的病毒、细菌、真菌等。
光催化氧化杀菌具有显著的优点:无需昂贵的氧化试剂，空气中的纳米TiO2氧就可作为氧化剂；而二氧化钦催化剂价格低廉，无毒，化学及光化学性质稳定；自然光中的紫外光就可作为光源激发催化剂，因此无需能源，系统维护费用低；氧化还原反应无选择性，可以杀灭大多数的微生物。
[2]2.TiO2的结构2.1 晶格结构二氧化钛有板铁矿、锐铁矿和金红石三种晶体结构，其组成结构的基本单位均是TiO6八面体，区别在于TiO6八面体通过共用顶点还是共边组成骨架，见图2-l。
锐钛矿结构是由TiO6八面体共边组成，而金红石和板钛矿结构则是由八面体共顶点且共边组成。
金红石、锐钛矿和铁钛矿的基本结构单元列于图2-2图2-1 TiO结构单元的连接板钛矿和锐钛矿是TiO2的低温相，金红石是TiO2的高温相。
锐钛矿和板钛矿到金红石的相转化温度一般为500—600℃。
金红石型TiO2有很强的遮盖力和着色力，且对紫外线有较强的屏蔽作用，锐钛矿型TiO2的光催化活性最高。
2.2表面结构金红石型表面上存在三种典型的原子空位，分别为晶格氧、单桥氧和双桥氧空位。
光电子能谱(UPS)和IPS研究结果表明：在～6eV所对应的全充满的价带是由O2P轨道组成，而空的导带由Ti的3d，4s和4p轨道组成，Ti3d决定导带的较低位置。
低于费米能级～0.8eV弱的发射峰与O原子缺位所诱导的Ti3d派生能级有关。
锐钛矿二氧化钛与金红石相似，～0.8eV的发射峰被确定为Ti3+表面缺陷。
Konstantin等人的研究则发现，在锐钛矿TiO2表面发现有羟基、五配位和四配位Ti4+，T3+存在。
Stelhow等人的理论计算结果表明，锐钛矿型Ti02的价带主要为O2p和Ti3d轨道组成，O2p轨道贡献较大，TiO2禁带宽度大约为10eV，但实测值大约为3.0～3.5eV。
[3]3.纳米TiO2的性质3.1晶型的性质TiO2存在金红石型、锐钛型、板钛型等三种主要晶型。
板钛型是不稳定的晶型，在650℃时会直接转化为金红石型。
板钛型只存在于自然界的矿石中，数量也不多。
它不能用合成的方法来制造，在工业上没有实用价值。
锐钛型在常温下是稳定的，但在高温下却要向金红石型转化。
纳米TiO2有很高的化学稳定性、无毒性、非迁移性，完全可与食品接触。
金红石型纳米TiO2的耐候性、热稳定性、化学稳定性均优于锐钛型。
3.2光学性质纳米TiO2晶体的光学性质服从瑞利（Rayleigh）光散射理论，能透过可见光图2-2 基本结构单元及散射波长更短的紫外光，表明这种粒子具有透明性和散射紫外线的能力，普通TiO2具有一定的吸收紫外线的能力。
纳米TiO2粒径很小，因而活性较大，吸收紫外线的能力很强。
由于TiO2纳米粒子既能散射又能吸收紫外线，故它具有很强的紫外线屏蔽性。
3.3半导体性能由于存在着显著的量子尺寸效应，纳米TiO2具有特殊的光物理和光化学性质。
当粒子尺寸与其激子玻尔半径相近时，随着粒子尺寸的减小，半导体粒子的有效带隙增加，其相应的吸收光谱与荧光光谱发生蓝移，从而在能带中形成一系列分立的能级。
近年来对纳米TiO2的研究表明，纳米粒子的光催化活性明显优于相应的体相材料。
[4]4.环境功能TiO2的应用纳米TiO2作为一种21世纪的新型多功能材料，广泛应用于环境保护、化妆品、涂料、特殊材料的制备以及医药等方面。
本文主要介绍其在环境保护方面的应用，这也是目前环境研究的热点。
4.1在废水处理中的应用光催化降解水中有机污染物是一项新兴的水处理技术。
这项新的多相光催化污染治理技术因其能耗低，工艺简单，反应条件温和，可减少二次污染等特点，在环境保护中日益受到人们的重视。
纳米TiO2能有效地将废水中的有机物降解为CO2、H2O、PO43-、N03-、卤素等无机小分子，达到安全无机化的目的，染料废水、农药废水、表面活性剂、氟里昂、含油废水等都可以被纳米TiO2所氧化降解。
[5]4.1.1光催化机理借助于太阳光中的3％～4％的紫外光，利用二氧化钛作载体处理有机污染物，称为光催化降解处理技术。
[6]半导体粒子的能带结构一般由低能的价带和高能的导带构成，价带和导带之间存在禁带，半导体的禁带宽度一般在3.0eV以下。
当能量大于或等于能隙的光(hν=Eg)照射到半导体时，半导体微粒吸收光产生电子-空穴对。
与金属不同，半导体粒子的能带间缺少连续区域，电子-空穴对一般有皮秒级的寿命，足以使光生电子和光生空穴对经由禁带向来自溶液或气相的吸附在半导体表面的物种转移电荷。
空穴可以夺取半导体颗粒表面被吸附物质或溶剂中的电子，使原本不吸收光的物质被活化并被氧化，电子受体通过接受表面的电子而被还原。
下面具体分析半导体TiO2作为光催化剂的光催化原理。
多数场合里，光催化反应都离不开空气和水溶液，这是因为氧气或水分子和光生电子及光生空穴结合产生化学性质极为活泼的自由基基团，主要的自由基及反应历程可由以下的系列式子来表示。
当TiO2被波长小于385nm的光照射后，能够被激发产生光生电子-空穴对，激态的导带电子和价带空穴又能重新合并，使光能以热能或其他形式散发掉。
TiO2 + hν → Ti O2 + h+ + e-（4-1）H ++ e- →复合 + 能量（4-2）当催化剂存在合适的俘获剂或表面缺陷时，电子和空穴的重新复合得到抑制，在它们复合之前，就会在催化剂表面发生氧化一还原反应。
价带空穴是良好的氧化剂，导带的电子是良好的还原剂。
大多数光催化氧化反应是直接或间接的利用空穴的氧化能。
在光催化半导体中，空穴具有更大的反应活性，是携带量子的主要部分，一般与表面吸附的H2O2或OH-离子反应形成具有强氧化性的羟基自由基(·OH)。
H2O + h+ → ·OH + H+ (4-3)OH- + h+ → ·OH (4-4)电子与表面吸附的氧分子反应，分子氧不仅参与还原反应，还是表面羟基自由基的另外一个来源，具体的反应式如下：O2 + e- →·O2 (4-5)H2O +·O2→·OOH + OH-(4-6)2·OOH → O2 + H2O2 (4-7) ·OOH + H2O+ e-→ H2O2 + OH-(4-8)H2O2 + e- → ·OH + OH- (4-9)另外Sclafani和Herraman通过对Ti02光电导率的测定，证实了在光催化反应中·02-的存在，一个可能发生的反应就是：H2O2 +·O2 →·OH + OH- (2-10) 上面的式子中产生了非常活泼羟基自由基(·OH)、超氧离子自由基(·02-)以及·OOH自由基，这些都是氧化性很强的活泼自由基，能够将各种有机物直接氧化为CO2，H2O等无机小分子。
而且因为它们的氧化能力强，使氧化反应一般不停留在中间步骤，不产生中间产物。
[7]4.1.2处理染料废水染料废水中含有苯环、氨基、偶氮基团等致癌物质，常规方法处理水溶性染料的降解效率通常很低。
研究发现，用Ti02/Si02体系能够很迅速地降解R-6G染料。
采用Ti02/Si02光催化降解染料不仅能有效地破坏染料中的发色基团，而且可以破坏染料分子中的芳香基团，达到完全降解的目的。
4.1.3处理农业废水纳米Ti02光催化降解有机磷农药时，只需向反应液中加入微量的Fe3+就可以大大提高COD的去除率及无机磷的回收率。
4.1.4处理含表面活性剂的废水含表面活性剂的废水不但容易产生异味和泡沫，而且还会影响废水的可生化性。
非离子型和阳离子型表面活性剂不但很难生物降解，有时还会产生有毒或者不能溶解的中间体。
采用纳米Ti02光催化分解表面活性剂已取得了较好的效果，研究发现，苯环比烷基或烷氧基更容易断链降解实现无机化，直链部分降解速度极慢，这是因为苯环中的π电子可能被空穴移到Ti02表面上，生成阳离子自由基的缘故。
虽然表面活性剂中的链烷烃部分采用光催化降解反应还较难完全氧化成C02，但随着表面活性剂苯环部分的破坏，表面活性及毒性大为降低，生成的长链烷烃副产物对环境的危害明显减少，目前国内外公认将此法用于废水中表面活性剂的处理，这具有很大的吸引力。
4.1.5处理含油废水石油工业的不断发展，促进了各国经济的发展，同时也产生了十分严重的环境污染问题，含油废水就是其中较为严重的污染之一。
处理这种不溶于水且密度粉体处理含油废水，其降比水小的油污，一直是人们关注的难题。