光催化技術在建筑陶瓷衛生器具中的應用研究

鐘素娟　謝敏

摘 要：建筑排水系統中的衛生器具多是陶瓷材料制成的，衛生器具表面存在一定程度的微生物污染。本實驗通過把納米TiO2負載在陶瓷表面，比較負載不同層數TiO2膜、是否熱處理的陶瓷光催化活性、牢固性，并觀察其在建筑陶瓷衛生器具表面實際應用的抗菌與自清潔效果。

關鍵詞：納米TiO2；衛生器具；光催化活性；牢固性；抗菌性能

中圖分類號：TU824 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）35-0183-02

Abstract： The sanitary utensils in the building drainage system are mostly made of ceramic materials， and there is a certain degree of microbial contamination on the surface of the sanitary utensils. In this experiment， nanometer TiO2 was loaded on the surface of ceramics to compare the photocatalytic activity and fastness of the ceramics loaded with different layers of TiO2 films and heat treated or not， and to observe the antibacterial and self-cleaning effects of the application on the surface of building ceramic sanitary appliances.

Keywords： nanometer TiO2； sanitary appliance； photocatalytic activity； fastness； antibacterial property

納米TiO2光催化對細菌（金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、沙門氏菌等）、真菌、藻類都有很好的滅菌功能，相對于其他的抗菌劑，光催化納米TiO2具有快速抗菌、穩定持久、環保、自清潔、經濟等優點。建筑排水系統中的衛生器具表面存在一定的微生物污染問題，衛生器具大都是陶瓷材料制成的，陶瓷材料化學性質穩定，是負載納米TiO2很好的基材，如果陶瓷本身就有抗菌殺菌功能，那衛生器具微生物污染問題便可以迎刃而解[1-3]。

1 陶瓷表面納米TiO2薄膜的光催化活性及牢固性

1.1 實驗方法

用陶瓷杯替代陶瓷衛生器具，取陶瓷杯10個，模擬陶瓷衛生器具進行實驗，涂0層、1層、3層、6層、8層TiO2薄膜各兩個。先把陶瓷杯放入濃硝酸、濃鹽酸混合液中浸泡5min，再放入超聲波清洗器中清洗5min，徹底洗凈陶瓷表面的污物。待陶瓷杯自然干燥后，用軟刷蘸取TiO2膠體緩慢均勻地涂刷在陶瓷杯表面，放入干燥箱中，103℃干燥十分鐘，即為鍍膜一層，重復以上步驟，反復鍍膜，則可制得不同層數的TiO2薄膜。將負載有0層、1層、3層、6層、8層TiO2薄膜的陶瓷杯分為A、B兩組，每組各一個。將A組進行熱處理，放入箱式電阻爐（馬弗爐）內，以3℃/min的溫度上升速率上升到500℃保溫90分鐘，冷卻后取出待用。B組不作熱處理。

利用光催化降解模擬污染物（甲基橙溶液）來衡量納米TiO2薄膜的光催化活性。在10個陶瓷杯中分別加入5mg/L的甲基橙溶液40ml，取適量溶液于離心管離心后用分光光度計測吸光度，為初始吸光度A0。然后放入暗箱中用紫外燈照射1h取出，再用離心機離心測吸光度，為光照1h后的吸光度A1。根據前后吸光度值就可以計算出對甲基橙溶液的光催化降解率，光催化降解率可以用來衡量納米TiO2薄膜的光催化活性，光催化降解率高，則說明光催化活性高。

式中：C0-初始質量濃度（mg/L）；C1-光照時間1小時后質量濃度（mg/L）；A0-初始吸光度；A1-光照時間1小時后的吸光度；η-光催化降解率。

用自來水沖刷陶瓷杯，一次沖洗2min。分別檢測沖洗0次、5次、10次、20次、40次時負載有納米TiO2薄膜陶瓷杯的光催化降解率。如果光催化降解率下降很迅速，則說明納米TiO2薄膜不牢固。

1.2 實驗結果與討論

從表1、表2可以看出，在未經水流沖洗時（水流沖洗次數為0），A組和B組不同層數（0層除外）的鈦膜在紫外燈的照射下，都有一定的光催化活性，納米TiO2薄膜層數為6層時，光催化降解率最大，8層時反而略有減小，可能是薄膜越厚反而會減小有效吸附面積，從而使得光催化降解率降低。而且B組1層、3層、6層、8層的薄膜光催化降解率都大于A組，說明未經過箱式電阻爐煅燒的TiO2薄膜光催化活性較高一些，高溫煅燒后，銳鈦礦型晶相會轉變為金紅石型，活性降低。

A組和B組不同層數的TiO2薄膜隨著水流沖洗次數的增加，對甲基橙溶液的光催化降解率都下降，B組對甲基橙溶液的降解率下降得更快。說明負載在陶瓷上的納米TiO2薄膜并不是很牢固，耐久性有待提高，尤其是未經過熱處理的B組。而且隨著水流沖洗次數的增加，8層鈦膜的光催化降解率反而大于6層的鈦膜，因為水流沖洗掉了一部分TiO2，就不再是8層鈦膜了，鈦膜層數越多，沖洗40次后殘留的越多，光催化降解率越高。

2 負載有納米TiO2薄膜陶瓷的實際應用

從以上實驗結果可以知道，經過箱式電阻爐煅燒的鈦膜牢固性雖然也有待提高，但是相對未經熱處理的，牢固性較好。于是，將負載有6層、8層納米TiO2薄膜并經過箱式電阻爐煅燒的兩個陶瓷碟和一個不鍍膜的陶瓷碟（空白對照）一起放在正常使用的水池中（如圖1），作為洗衣池壁的一部分進行觀察實驗。并且每天調換三個陶瓷碟的順序，消除陶瓷碟位置的影響。