摘要：将自制的氮掺杂锐钛矿型纳米二氧化钛光催化剂作为功能性组分，加入耐光催化氧化的硅丙乳胶涂料中，制备出一种新型光催化功能性建筑涂料，实现了可见光光催化效应。使用紫外—可见光吸引光谱研究该功能性涂料对紫外线的吸收能力；采用菌落计数法研究该涂料在可见光照射下对金黄色葡萄球菌的杀灭性能。同时分析了纳米粉体种类、引入量及方式对涂料紫外线的吸收性能和抗菌性能的影响。

   关键词：氮掺杂纳米TiO2；光催化涂料；紫外吸收；抗菌；可见光

中图分类号：TQ630.1   文献标识码：A   文章编号：1006-2556（2005）11-0026-04

    1  前言   

    纳米二氧化钛由于独特的光催化特性，在抗菌墙体涂料、大气污染治理以及水环境净化处理中有着十分广泛的应用前景。但TiO2带隙较宽(3.2eV)，只能响应波长小于400nm的紫外光(大约占太阳光的40%)，对可见光(大约占太阳光的43%)几乎无响应，加之光生电广和光生空穴易于复合，光量广效率低，严重制约了TiO2光催化效应的实际应用效率。   

    改性TiO2使其在可见光甚至是室内光源激发下可产生光催化响应，一直是本领域的研究热点。国内外研究人员主要通过过渡金属离子掺杂、贵金属离子沉积以及阴离子N、S、C、B、F掺杂的半导体复合技术改性TiO2，窄化禁带；其中Asahi等以氮替代少量的品格氧使TiO2的带隙变窄，在不降低紫外光活性的同时，使TiO2具有可见光活性，掀起了非金属元素掺杂TiO2的热潮。   

    以纳米TiO2光催化剂为功能性组分加入传统涂料中的纳米改性涂料，在美国、日本等发达国家都有了一定规模的应用，但是基本上都是采用紫外灯或者利用太阳光中的紫外线作为光催化过程的激发源；而能够在可见光下激发光催化活性的纳米复合涂料的相关报道还比较少。   

    以自制的掺氮纳米TiO2为功能性组分，制备了含有氮掺杂纳米TiO2光催化剂的改性涂料，并初步研究了这种涂料对紫外线的吸收能力及其在可见光下的抗菌性能。考虑到涂料的现实使用环境，采用室内自然光源(主要是波长处于(400～800)nm的可见光)作为可见光光源。

    2  实验部分

    2.1  实验用原料   

    所使用的纳米TiO2为自制氮掺杂纳米TiO2，晶型为锐钛矿型，表明，经过热处理，部分N原子进入了TiO2晶格，并且以Ti-N键形式存在，实现了氮掺杂。配制涂料所用的其他颜填料和助剂、硅丙乳液等均为市售。

    2.2涂料的制备   

    采用SFJ-400型高速分散机分散纳米TiO2于含有一定量分散剂、消泡剂、润湿剂、成膜助剂的水体系中，以3 000r／min的转速高速搅拌20min，用氨水调节pH值至9～10，超声分散15min。在此分散体系中依次加入各种填料、消泡剂和润湿剂，再以1 500r／min转速搅拌10min之后，经砂磨研磨20min，得到预分散体即半成品。再往上述半成品中加入适量消泡剂和硅丙乳液，搅拌均匀后加入适量增稠剂，调节pH值9～10，将涂料调至合适粘度(涂4—粘度计为60～80s)，再充分搅拌(1 000r／min)30min，均匀后经过滤即成涂料产品。