改性纳米氧化钛赋能市售乳胶漆自清洁功能 去除率96%

慧正资讯，维也纳工业大学（TU Wien）和意大利马尔凯理工大学（Università Politecnica delle Marche, Italy）的联合研究小组，宣布已经成功研发出特殊结构的纳米氧化钛（Titanium Oxide），该产品可以添加到普通市售的墙面乳胶漆产品中，赋予产品自清洁的能力。该纳米氧化钛具有光催化活性，可以利用阳光照射结合空气中的物质，并分解。涂覆了该种涂料的墙壁可以清洁空气，而且可以实现自我清洁。

通常情况下，白色墙面不会永久的保持色彩光泽，空气中的各种物质会积聚在墙面的涂层之上。采用添加了纳米氧化钛的乳胶漆，则可以将附着于涂层之上的物质进行分解。室内空气中存在着各种各样的污染物，从清洁剂等卫生产品的残留物到烹饪过程中产生的分子或皮革等材料散发的分子，在某些情况下，这可能会导致健康问题，称为“病态建筑综合症”。

实现乳胶漆的自清洁

“多年来，人们一直在尝试使用定制的乳胶漆来净化空气，”维也纳工业大学材料化学研究所的 Günther Rupprechter 教授说。 “在这方面，纳米氧化钛的纳米粒子特别有趣。它们可以结合并分解多种污染物。”

然而，简单地将普通纳米氧化钛添加到涂料中会影响涂料的耐久性：正如纳米颗粒降解污染物一样，它们也会使涂料本身不稳定并产生裂纹。在最坏的情况下，它甚至会释放出挥发性有机化合物（VOCs），进而危害健康。经过一定时间后，涂层会变灰并变色，最后必须重新翻新。

阳光能量实现自清洁

通过光触媒的催化作用，例如纳米粒子受到紫外线照射，它们可以自我清洁。钛白粉本身就是一种光催化剂，它是一种在适当的光线下能够发生化学反应的材料。紫外线辐射在颗粒中产生自由电荷载体，从而导致空气中捕获的污染物分解成小部分并释放出来。这样，污染物就会变得无害，但不会永久附着在乳胶漆上。墙壁颜色长期保持稳定。

然而在实践中，这没什么用处，因为用强烈的紫外线反复照射墙壁以驱动自清洁过程是不太现实的。 “因此，我们的目标是修改这些粒子，使普通阳光也能产生光催化效应，”Günther Rupprechter解释道。

通过向纳米氧化钛添加某些额外原子（例如磷、氮和碳）来实现普通光源的光催化发生，纳米粒子可以收集的光频率发生变化，普通可见光也可以触发光催化，而不仅仅是紫外线。

污染物去除率96%

该研究的第一作者Qaisar Maqbool 表示：“我们现在已经使用各种不同的表面和纳米颗粒分析方法详细研究了这种现象。通过这种方式，我们能够准确地展示这些颗粒在添加到乳胶漆之前和之后的行为。”

研究小组将改性的纳米氧化钛与普通市售内墙乳胶漆混合，并用含有污染物的溶液冲洗漆面。随后检测数据显示，96%的污染物可以被自然阳光降解。颜色本身不会改变——因为污染物不仅被钛白粉捕捉到，而且在阳光的催化下被分解。

原材料来自植物和废旧金属

光触媒涂料往往需要采用昂贵的金属，高额的成本导致其商业应用并不顺利。 “在催化过程中，通常使用铂或金等贵金属，成本不菲。然而，在我们的例子中，采用随处可见的元素就足够了。为了获得磷、氮和碳，我们使用了橄榄树的干落叶，而用于纳米氧化钛的钛是从通常被简单丢弃的金属废料中获得的，”Günther Rupprechter说。

这种新型乳胶漆同时结合了多种优点：它可以去除空气中的污染物，比其他涂料的使用寿命更长，而且由于可以从回收材料中获得，因此在生产中更加节省资源。进一步的实验正在进行中，并且打算将乳胶漆商业化。

原著查询：

基于废物增值 PNC 掺杂 TiO2 纳米粒子的高度稳定的自清洁涂料

Highly stable self-cleaning paints based on waste-valorized PNC-doped TiO2 nanoparticles Qaisar Maqbool, Orlando Favoni, Thomas Wicht, Niusha Lasemi, Simona Sabbatini, Michael Stöger-Pollach, Maria Letizia Ruello, Francesca Tittarelli, Günther Rupprechter ACS Catalysis, (2024)