秦皇島玻璃工業研究設計院 周經培      


    在SARS橫行的日子里，勤消毒、勤洗手、勤洗臉、勤通風誰也不會忘記，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。也許現實與我們的設想還有一些距離。

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

的一種責任。

    從1972年A. Fujishima和Honda等人在雜志上發表文章，發現T i O 2 電極上能夠分解水的現象以

來，T i O 2 作為光催化劑得到了廣泛的應用，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、化學穩定性好、價格低廉、使用安全及制備的薄膜透明等特點,將Ti02

與玻璃相結合,在不損失Ti02光催化活性的前提下,結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

結構Ti02薄膜與玻璃基片結合。生產出具有殺菌功能的玻璃。其反應機理如下：

    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: 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生成溶膠，玻璃浸漬后溶膠隨著反應的進行進而轉變為凝膠；通過對凝膠干燥

及熱處理后，玻璃表面形成的Ti02凝膠薄膜轉變為銳鈦礦型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，溶劑揮發較快且均勻，使合成具有均勻性、可控性，并且其結構由納米級銳鈦

礦晶體顆粒構成 。

    由上面式子可以看出反應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

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

火應力是否均勻。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

    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。可以看出鍍有納米銳鈦礦晶體多孔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藥敵敵畏，

將有機磷農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復制過程的抑制作用，使細胞膜變質（與類脂化合物發生過氧化反應。

對細胞內的輔酶的直接氧化）

    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。是一種很好的環境材料具有較大的發展前景。目前采用的生產給以是溶膠

-凝膠工藝。其溶膠的穩定受環境的影響較大。必將影響產品的質量。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，如果用與生產那就太復雜了，更何況每次都要加熱到500~520℃得到銳鈦礦型

晶體薄膜，前面我們已經敘述了在生產中出現的種種影響產品質量的因素。因此這種工藝引入生產，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、周經培 ，影響溶膠-凝膠產品質量的幾種因素，玻璃雜志1995第三期

                                                        作者：周經培

                                                        聯系地址：河北大街西段九十一號

                                                        作者單位：秦皇島玻璃工業研究設計院

                                                        電子信箱：zhoujingpei@sina.com

                                                        聯系電話：13013261839