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  • 殺菌玻璃生產(chǎn)的思考

  • 評論:0  瀏覽:1974  發(fā)布時間:2006/9/29
  • 秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計院 周經(jīng)培      


        在SARS橫行的日子里,勤消毒、勤洗手、勤洗臉、勤通風(fēng)誰也不會忘記,其目的是為了阻隔SARS

    病毒的親近。如果有一種材料能遇SARA與千里之外,該多好。也許現(xiàn)實與我們的設(shè)想還有一些距離。

    但是作為研究玻璃的國家級研究單位幫助國家盡早開發(fā)出一種保溫、殺菌、防火的高強度玻璃是我們

    的一種責(zé)任。

        從1972年A. Fujishima和Honda等人在雜志上發(fā)表文章,發(fā)現(xiàn)T i O 2 電極上能夠分解水的現(xiàn)象以

    來,T i O 2 作為光催化劑得到了廣泛的應(yīng)用,如被用作抗菌、除臭、防霉、除污等,此外,還用來分

    解空氣中過量的NOx 、O2 、CO2 等。作為催化劑T i O2 在光照下表現(xiàn)出強氧化性,能降低生物中輔酶

    的活性,因此有殺菌作用。參雜元素(如鉑Pt、銠Rh)可以使T i O2 催化能力大大提高。同時銳鈦礦型

    納米Ti02晶體具有的催化活性高、化學(xué)穩(wěn)定性好、價格低廉、使用安全及制備的薄膜透明等特點,將Ti02

    與玻璃相結(jié)合,在不損失Ti02光催化活性的前提下,結(jié)合參雜元素可以在玻璃表面形成一層具有殺菌功能

    的催化膜。
        而溶膠-凝膠鍍膜工藝可以找到Ti02與基片玻璃很好的切合點,可以鍍制出具有銳鈦礦型納米晶體

    結(jié)構(gòu)Ti02薄膜與玻璃基片結(jié)合。生產(chǎn)出具有殺菌功能的玻璃。其反應(yīng)機理如下:

        水解: Ti(OR)4+H20→Ti(OR)3(OH)+ROH

        縮聚: Ti(OR)4+T i(OR)3(OH)→Ti2(OH)6+ROH

        總反應(yīng): Ti(OR)4+2H20→Ti02+4ROH

        Ti(OR)4 + 2H2O →Ti(OH)4 →2H2O→TiO2 R--烷基

        通過水解一縮聚反應(yīng)生成溶膠,玻璃浸漬后溶膠隨著反應(yīng)的進行進而轉(zhuǎn)變?yōu)槟z;通過對凝膠干燥

    及熱處理后,玻璃表面形成的Ti02凝膠薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦型Ti02納米晶薄膜。對于Ti02基薄膜來說,由

    于膜層較薄,均勻性較好,溶劑揮發(fā)較快且均勻,使合成具有均勻性、可控性,并且其結(jié)構(gòu)由納米級銳鈦

    礦晶體顆粒構(gòu)成 。

        由上面式子可以看出反應(yīng)必須在一定的溫度下才能縮水成最終的氧化物膜TiO2,升溫曲線的好壞關(guān)

    系到Ti(OH)2是否能充分縮水, 升溫太快不利于膜層地固化, 太慢又影響生產(chǎn)效率; 降溫則影響玻璃的退

    火應(yīng)力是否均勻。因此升降溫必需按嚴格的升降溫曲線進行才能保證玻璃質(zhì)量。

        通過上面的過程得到的具有TiO2薄膜的玻璃是否具有光催化作用。能否有殺菌、去污玻璃,也就是

    自潔凈及凈化空氣的功能。

        美國人P-C. Zhang及C.Wei在研究TiO2粉末的殺菌作用時有實驗找出了下面的規(guī)律。即殺菌率與TiO2

    量、作用時間、紫外線(UV)照度之間有下面的關(guān)系:

        t0.5 = In2/k (2)

        t0.5:為殺菌50所需的時間

        k: TiO2加入量的平方根和UV照度成正比的系數(shù)

        這個公式告訴我們TiO2加入量越大,UV照度月大,抗菌效果越好。那么在上面鍍制的以TiO2銳鈦礦

    晶體為主的薄膜是否具有殺菌功能,通過對鍍TiO2薄膜后在日光、無光及UV照射下對金黃色葡萄菌、白

    色念珠菌(真菌)、綠腸桿菌、大腸桿菌實驗?梢钥闯鲥冇屑{米銳鈦礦晶體多孔TiO2薄膜的玻璃有殺

    滅這些細菌的作用。即在TiO2作用下:

        2H2O + 2h+ → 2H+ + H2O2

        H2O2 + O2- → OH- + O2 +OH

        H2O2 + e- → OH- + OH

        同樣用鍍有TiO2多孔納米薄膜分解水中有機磷農(nóng)藥敵敵畏

        其實驗過程是這樣的:用125W的高壓汞燈照射鍍有TiO2多孔納米薄膜讓其分解水中有機磷農(nóng)藥敵敵畏,

    將有機磷農(nóng)藥敵敵畏光催化降解后變成了無機磷酸根PO 陰離子,其分解過程如下:

        (CH3O)2POOCHCCl2 + 9/2O2 → PO43- + 2Cl- + 4CO2 + 5H+ + H2 O

        TiO2和抗菌金屬離子對細胞DNA復(fù)制過程的抑制作用,使細胞膜變質(zhì)(與類脂化合物發(fā)生過氧化反應(yīng)。

    對細胞內(nèi)的輔酶的直接氧化)

        把上面鍍有TiO 薄膜的玻璃在掃描電鏡下觀察可以看到TiO 的納米顆粒的大小,氣孔的孔徑和分布。

    孔徑在0~400nm范圍內(nèi)變化。隨著氣孔孔徑加大,光的散射增強,透過率減少,薄膜對與紫外線吸收增強。

    用TiO 薄膜來降解有機磷農(nóng)藥敵敵畏的實驗可以證明:在TiO 薄膜中引入氣孔增強了光催化活性,且孔的

    大小和薄膜厚度有顯著的影響,在孔徑大小為50~200nm時,且鍍膜次數(shù)在10~15次的情況下,薄膜顯示出

    較好的光催化效率。

        因此,鍍有TiO 薄膜的玻璃在薄膜表面有孔徑為50~200nm,且成銳鈦礦型晶體是有較強的光催化效果,

    能殺滅細菌及見解有害有機物。是一種很好的環(huán)境材料具有較大的發(fā)展前景。目前采用的生產(chǎn)給以是溶膠

    -凝膠工藝。其溶膠的穩(wěn)定受環(huán)境的影響較大。必將影響產(chǎn)品的質(zhì)量。其膜層在鍍10至15次以后才能完成。

    這一過程在實驗室還可以,如果用與生產(chǎn)那就太復(fù)雜了,更何況每次都要加熱到500~520℃得到銳鈦礦型

    晶體薄膜,前面我們已經(jīng)敘述了在生產(chǎn)中出現(xiàn)的種種影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素。因此這種工藝引入生產(chǎn),是很

    難管理的。同時相對成本也較高。

        如果我們把這種離線工藝引入在線,在退火要的某一部位采用一種特殊的工藝進行鍍制,就可以利用

    玻璃的本身的熱量直接在玻璃表面形成TiO 具有光催化效益銳鈦礦型晶體薄膜。

        參考文獻

        1、T. Ibushuki, Kogyo Zairoyo, 1993, 41, 59

        2、B. Ohtani, J. Photochem. Photohiol., A:chem., 71, 195.

        3、J. M. Lchn, Nouv. J. Chim., 1980, 138

        4、Chen Wei, Wen- Yuan Lin,etal Environ,Set.Technol.,1994,28,934

        5、方銳,金宗哲,M/TiO 光催化薄膜及抗菌效果研究

        6、余家國,趙修建,陳文海,任建軍, TiO 多孔納米薄膜的溶膠--凝膠法制備和光催化特性研究 ,

    玻璃與搪瓷27卷5期

        7、周經(jīng)培 ,影響溶膠-凝膠產(chǎn)品質(zhì)量的幾種因素,玻璃雜志1995第三期

                                                            作者:周經(jīng)培

                                                            聯(lián)系地址:河北大街西段九十一號

                                                            作者單位:秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計院

                                                            電子信箱:zhoujingpei@sina.com

                                                            聯(lián)系電話:13013261839

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