光催化技术在建筑陶瓷卫生器具中的应用研究

钟素娟　谢敏

摘 要：建筑排水系统中的卫生器具多是陶瓷材料制成的，卫生器具表面存在一定程度的微生物污染。本实验通过把纳米TiO2负载在陶瓷表面，比较负载不同层数TiO2膜、是否热处理的陶瓷光催化活性、牢固性，并观察其在建筑陶瓷卫生器具表面实际应用的抗菌与自清洁效果。

关键词：纳米TiO2；卫生器具；光催化活性；牢固性；抗菌性能

中图分类号：TU824 文献标志码：A 文章编号：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

纳米TiO2光催化对细菌（金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、沙门氏菌等）、真菌、藻类都有很好的灭菌功能，相对于其他的抗菌剂，光催化纳米TiO2具有快速抗菌、稳定持久、环保、自清洁、经济等优点。建筑排水系统中的卫生器具表面存在一定的微生物污染问题，卫生器具大都是陶瓷材料制成的，陶瓷材料化学性质稳定，是负载纳米TiO2很好的基材，如果陶瓷本身就有抗菌杀菌功能，那卫生器具微生物污染问题便可以迎刃而解[1-3]。

1 陶瓷表面纳米TiO2薄膜的光催化活性及牢固性

1.1 实验方法

用陶瓷杯替代陶瓷卫生器具，取陶瓷杯10个，模拟陶瓷卫生器具进行实验，涂0层、1层、3层、6层、8层TiO2薄膜各两个。先把陶瓷杯放入浓硝酸、浓盐酸混合液中浸泡5min，再放入超声波清洗器中清洗5min，彻底洗净陶瓷表面的污物。待陶瓷杯自然干燥后，用软刷蘸取TiO2胶体缓慢均匀地涂刷在陶瓷杯表面，放入干燥箱中，103℃干燥十分钟，即为镀膜一层，重复以上步骤，反复镀膜，则可制得不同层数的TiO2薄膜。将负载有0层、1层、3层、6层、8层TiO2薄膜的陶瓷杯分为A、B两组，每组各一个。将A组进行热处理，放入箱式电阻炉（马弗炉）内，以3℃/min的温度上升速率上升到500℃保温90分钟，冷却后取出待用。B组不作热处理。

利用光催化降解模拟污染物（甲基橙溶液）来衡量纳米TiO2薄膜的光催化活性。在10个陶瓷杯中分别加入5mg/L的甲基橙溶液40ml，取适量溶液于离心管离心后用分光光度计测吸光度，为初始吸光度A0。然后放入暗箱中用紫外灯照射1h取出，再用离心机离心测吸光度，为光照1h后的吸光度A1。根据前后吸光度值就可以计算出对甲基橙溶液的光催化降解率，光催化降解率可以用来衡量纳米TiO2薄膜的光催化活性，光催化降解率高，则说明光催化活性高。

式中：C0-初始质量浓度（mg/L）；C1-光照时间1小时后质量浓度（mg/L）；A0-初始吸光度；A1-光照时间1小时后的吸光度；η-光催化降解率。

用自来水冲刷陶瓷杯，一次冲洗2min。分别检测冲洗0次、5次、10次、20次、40次时负载有纳米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，则说明纳米TiO2薄膜不牢固。

1.2 实验结果与讨论

从表1、表2可以看出，在未经水流冲洗时（水流冲洗次数为0），A组和B组不同层数（0层除外）的钛膜在紫外灯的照射下，都有一定的光催化活性，纳米TiO2薄膜层数为6层时，光催化降解率最大，8层时反而略有减小，可能是薄膜越厚反而会减小有效吸附面积，从而使得光催化降解率降低。而且B组1层、3层、6层、8层的薄膜光催化降解率都大于A组，说明未经过箱式电阻炉煅烧的TiO2薄膜光催化活性较高一些，高温煅烧后，锐钛矿型晶相会转变为金红石型，活性降低。

A组和B组不同层数的TiO2薄膜随着水流冲洗次数的增加，對甲基橙溶液的光催化降解率都下降，B组对甲基橙溶液的降解率下降得更快。说明负载在陶瓷上的纳米TiO2薄膜并不是很牢固，耐久性有待提高，尤其是未经过热处理的B组。而且随着水流冲洗次数的增加，8层钛膜的光催化降解率反而大于6层的钛膜，因为水流冲洗掉了一部分TiO2，就不再是8层钛膜了，钛膜层数越多，冲洗40次后残留的越多，光催化降解率越高。

2 负载有纳米TiO2薄膜陶瓷的实际应用

从以上实验结果可以知道，经过箱式电阻炉煅烧的钛膜牢固性虽然也有待提高，但是相对未经热处理的，牢固性较好。于是，将负载有6层、8层纳米TiO2薄膜并经过箱式电阻炉煅烧的两个陶瓷碟和一个不镀膜的陶瓷碟（空白对照）一起放在正常使用的水池中（如图1），作为洗衣池壁的一部分进行观察实验。并且每天调换三个陶瓷碟的顺序，消除陶瓷碟位置的影响。