纳米TiO2光催化降解在灭菌、除臭、治病方面的应用

    经过研究认为，纳米TiO₂作为光催化剂的理论基础在于:通过量子尺寸限域造成吸收边的迁移；由散射的能级和跃迁造成光谱吸收及发射行为结构化；与半导体材料相比，量子阱中的热载流子冷却速度下降，量子产率提高；纳米TiO₂所具有的量子尺寸效应使其导电和价电能级变成分立的能级，能隙变宽，导电电位变得更负，而价电电位变得更正。这使其获得了更强的氧化还原能力，这对催化反应是十分有利的。    在人类生活的空间中，生息着各种各样的微生物，在这些微生物中有大量的致病菌，可直接使人发病，也可以使人体、牲畜代谢产物分解出各种低级脂肪酸和胺类等有臭味的挥发性化合物，加上细菌本身的分泌物和残骸腐烂挥发的气体，释放出令人厌恶的臭味。如何杀灭空气中的有害细菌、除去恶臭，也是空气净化的一个重要任务。由于细菌是由有机物等组成的，因此利用纳米TiO₂光催化剂，在光的作用下具有非常强的氧化能力，就可直接氧化破坏细胞壁、细胞膜或细胞内的组成成分，生成CO₂、H₂O,从而在短时间内杀死细菌、消除恶臭。实验证明，纳米TiO₂的光催化作用，对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄葡萄球菌、沙门菌、牙枝菌和曲霉等都具有很强的杀灭能力。可将其用于医院手术台和墙壁、浴缸、瓷砖及卫生间等地方。日本已将纳米TiO₂的杀菌性能应用到餐具上，使得餐具带菌传染疾病的可能性大大减少。    纳米TiO₂抗菌、防霉的机理是：由于TiO₂电子结构所具有的特点，使其受光照时生成化学活泼性很强的超氧化物阴离子自由基和氢氧自由基，攻击有机物，达到降解有机污染物的作用。当遇到细菌时，直接攻击细菌的细胞，致使细菌细胞内的有机物降解，以此杀死细菌，并使之分解。一般常用的杀菌剂如银、铜等能使细菌细胞失去活性，但细菌被杀死后，尸体释放出内毒素等有害的组分。纳米TiO₂不仅能影响细菌繁殖力，而且能破坏细菌的细胞膜结构，达到彻底降解细菌，防止内毒素引起的二次污染。纳米TiO₂属于非溶出型材料，在降解有机污染物和杀灭细菌的同时，自身不分解、不溶出，光催化作用持久，并具有持久的杀菌、降解污染物效果。    由于纳米TiO₂结构具有较高的紫外线吸收性能，更能有效地分离电子-空穴对，生成的活性氧类物质的数量更多，使光量子产率更高，故使癌细胞失活，对杀伤胃癌细胞的效果明显。张爱平等用涂覆法制备的锐钛型纳米TiO₂催化剂，在紫外线(300~400nm)照射下，对胃癌细胞的光催化氧化杀伤率达80％。      日本名古屋工业技术研究所，已研究出安全的纳米TiO₂牙齿漂白剂。牙齿会因病变、吸烟、喝茶等原因而变黑、发黄，从而影响美观。迄今为止，牙齿使用的是高浓度的H₂O₂漂白剂，但这会不同程度地损伤牙齿表面的珐琅质。利用纳米TiO₂在光照下易分解的特性，用硅酸镁钠作增黏剂，将微量的纳米TiO₂和低浓度的H₂O₂水溶液制成了新型牙齿漂白剂。把这种漂白剂涂抹在变色的牙齿上，使用波长为400nm的光线进行照射，结果产生了良好的漂白效果，而且没有损伤珐琅质。