مروری بر پوشش‌های هوشمند بر پایه نانو ذرات دی‌اکسید تیتانیم

چکیده

دی‌اکسید تیتانیم به‌واسطه خواص منحصر به فرد پشت پوشی بالا، عدم سمیت و پایداری در صنایع مختلف پوششی و بهداشتی کاربردهای فراوانی دارد. علاوه بر این، کاربرد این ذرات محدود به موارد فوق نبوده و از جمله خواص جالب توجه دی‌اکسید تیتانیم که منجر به پیدایش کاربردهای شگفت‌انگیزی شده است، خاصیت فوتوکاتالیستی آن می‌باشد. در این مقاله ضمن آشنایی با نانو ذرات فوتوکاتالیست دی‌اکسید تیتانیم و مکانیسم‌های عملکرد آنها، کاربردهای مختلف پوشش‌های هوشمند حاوی این نانو ذرات مورد بررسی قرار گرفته است. با ارائه مثال‌های واقعی از عملکرد فوتوکاتالیستی نیمه هادی‌های مختلف، دلایل اهمیت نانو ذرات دی‌اکسید تیتانیم بر سایر نیمه هادی‌ها بررسی شده و پارامترهای مؤثر بر فعالیت فوتوکاتالیستی این ذرات، مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این مقاله بخشی از کاربردهای عملی پوشش‌های بر پایه نانو ذرات دی‌اکسید تیتانیم، مشتمل بر تصفیه هوا و حذف بو، تصفیه آب و حذف مواد آلی، اثرات ضد باکتری، ممانعت از لانه‌گزینی عوامل میکروبی بر دیوار بیمارستان‌ها، استفاده از خواص آب دوستی و آب گریزی این ذرات و کاربرد آن در تهیه شیشه‌ها و آیینه‌های ضد مه که در صنایع اتومبیل و صنایع آرایشی بهداشتی کاربرد دارند، تشریح شده است.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A Review on Smart Coatings Based on TiO2 Nano-particles

چکیده [English]

Due to high opacity, non-toxicity, and stability of TiO2 powder, it can be used in different coating and hygienic industries. Also, the application of these particles is not restricted to these fields and their photo-catalytic properties can lead to some surprising properties and very useful applications. This paper will present an overview of the history and mechanism of photo-catalytic properties of TiO2 nano-particles. The main reason for the preference for TiO2 against other semiconductors will be presented; some typical examples of the uses of TiO2-based coatings for air and water purification, production of antibacterial tiles, and self-cleaning surfaces for anti-fog mirrors applied in automotive, cosmetic, and hygienic industries will also be discussed in this paper.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • TiO2 Nano-particles
  • Photo-catalyst
  • Coatings

[1] Anpo M., “Preparation Characterization and Reactivities of Highly Functional Titanium Oxide-Based Photocatalysts able to Operate under UV-Visible Light Irradiation: Appraches in Realizing High Efficiency in the Use of Visible Light”, Bulletin of the Chemical Society of Japan, Vol. 77, pp. 1472-1442, 2004.

[2] Chopin, et al., Colloidal dispersions of cerium oxide core/titanium oxide sheath particulates and photocatalytic coatings provided thereby, United State patent No. 5,688,439,1997.

[3] Yamagushi, et al., Photocatalyst and method for preparing the same, United States Patent No. 5,668,076, 1997.

[4] Zhang Y.H, Chan C.K, Porter J.F. & Guo W., “Micro-Raman spectroscopic characterization of nanosized TiO2 powders prepared by vapor hydrolysis”, J. Mater. Res., Vol. 9, 1998.

[5] Wiederhoft, et al., Nonodisperse Titanium Dioxide process for the production There of and use thereof, United State Patent No.5840111, 1998.

[6] Lecheng L., Hiu Ping Chu, Xijun Hu & Po-Lock Yue, “Preparation of Heterogeneous Photocatalyst (TiO2/Alumina) by Metallo-Organic Chemical Vapor Deposition”, Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 38, pp. 3381-3385, 1999.

[7] Robert D., Piscopo A.,Heintz O. & Weber J.V., “Photocatalytic detoxification with TiO2 supported on glass-fibre by using artificial and natural light”, Catalysis Today, Vol. 54, pp. 291-296, 1999.

[8] Anpo M., “Use of visible light second- generation titanium dioxide photocatalyts prepared by the application of an advanced metal ion implantation method”, pure Apple. Chem., Vol. 9, pp. 1787-1792, 2000.

[9] Anpo M., et al., Photocatalyst, process for producing the photocatalyst, and photocatalytic reaction method, United States Patent No. 6,077,492, 2000.

[10] Zhe D., Xijun H., Gao Q., Po-Lock Yue & Greenfield P.F., “Novel Silica Gel Supported TiO2 Photocatalyst Synthesized by CVD Method, Langmuir, Vol. 16, pp. 6216-6222, 2000.

[11] Jimmy C.Y., Jiaguo Y., Wingkei H., Lizhi Z., “Preparation of highly photocatalytic active nano-sized TiO2 particles via ultrasonic irradiation”, Chem. Commun., pp. 1942–1943, 2001.

[12] McCarty R.J., Method for Depositing Titanium oxide Coatings on flat glass, United State patent No. 6,238, 738, 2001.

[13] Murasawa, et al., Photocatalyst composite and process for producing the same, United States Patent No. 6,277,346, 2001.

[14] Chen A., LU G., Tao Y., Dai Z. & Gu H., “Novel photocatalyst immobilized on springs and packed photo reactor”, Mater, phys, Mech., pp. 121-124, 2001.

[15] Aiping C., Guanzhong L., Yong T., Zhiming D. & Hongchen G., “Novel Photocatalyst Immobilised on Springs and Packed Photoreactor”, Mater.Phys.Mech., Vol. 4, pp. 121-124, 2001.

[16] Damodar R.A., You S.J. & Chou H.H., “Study the self cleaning, antibacterial and photocatalytic properties of TiO2 entrapped PVDF membranes”, Journal of Hazardous Materials, in Press, 2009.

[17] Murasawa, et al., Photocatalyst composite and process for producing the same, United States Patent No. 6,498,000, 2002.

[18] Li M., Ismat S., Huang P., Jung O. & Ni A., “Metallorganic chemical vapor deposition and characterization of TiO2 nanoparticles”, Materials Science and Engineering, B96, pp. 247-253, 2002.

[19] Nonami T., Hase H. & Funakoshi K., “Apatite Coated Titanium Dioxide Photacatalyst”, Materials Science forum, Vol. 439, pp. 337-343, 2003.

[20] Ismat S., Huang C.P., Chen J.G., Doren D. & Barteau M., Semiconductor Metal Oxide Nanoparticles for Visible Light Photocatalysis, NSF Nanoscale Science and Engineering Grantees Conference, Dec 16-18, 2003.

[21] Ichinose, Hiromichi, Processes of producing a titanium oxide-forming solution and dispersion with crystalline titanium oxide particles, United States Patent No. 6,602,918, 2003.

[22] Jung O.J., Kim S.H., Cheong K.H., Li W. & Ismat S., “Metallorganic Chemical Vapor Deposition and Characterization of TiO2 Nanoparticles”, Bull. Korean Chem. Soc., Vol. 1, 2003.

[23] Sangman H., Myung C.L. & Wonyong C., “Highly enhanced Photocatalytic oxidation of CO on titania deposited with Pt nanoparticles: kinetics and mechanism”, Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 46, pp. 49–63, 2003.

[24] Costanza M., Melanie L., Simpson V. & Scherer G., Sol-Gel Properties and Consolidation Effectiveness of three Particle Modified Consolidants: TiO2-PMC, Al2O3-PMC and SiO2-PMC, EUROMAT Symposium P2-Materials and Conservation of Cultural Heritage, 2003.

[25] Amal, et al., Photocatalyst, United States Patent No. 6,558,553, 2003.

[26] Na H.S., et al., Method for making anatase type titanium dioxide photocatalyst, United States Patent No. 6,576,589, 2003.

[27] Balasubramanian G., Dionfection D.D. & Suidon M.T., “Titania powder sol-gel process for photocatalytic applications”, Journal of material Science, Vol. 38, pp. 823-831, 2003.

[28] Sherman J., et al, Nanopatitculate Titanium dioxide coatings and processes for the production and United Statee There of, United State patent No. 6653356132, 2003.

[29] Sangiovanni J.J., Titania-Coated Honeycomb catalyst matrix for UV photo catalytic oxidation of organic pollutants and process for making, United State patent No. 6649561, 2003.

[30] Schnitzler D.C. & Zarbin J.Z., “Organic/Inorganic Hybrid Materials Formed From TiO2 Nanoparticles and Polyaniline”, J. Braz. Chem. Soc., Vol. 3, pp. 378-384, 2004.

[31] Hyunwoong P. & Wonyong C., “Effects of TiO2 Surface Fluorination on Photocatalytic Reactions and Photoelectrochemical Behaviors”, J. Phys. Chem. B, Vol. 108, pp. 4086-4093, 2004.

[32] Junghoryu, Wonyong, “Effects of TiO2 Surface Modifications on Photocatalytic Oxidation of Arsenite: The Role of Superoxides”, Environ. Sci. Technol., Vol. 38, pp. 2928-2933, 2004.

[33] Shin H., Suk H., Hong K.S. & Leey.J.K, “Crystallization Process of TiO2 Nanoparticles in an Acidic Solution”,1382 Chemistry Letters, Vol. 10, pp. 1382-1383, 2004.

[34] Kima T.K., Leea M.N., Leeb S.H., Parkb Y.C., Jungb C.K. & Boob J.H., “Development of surface coating technology of TiO2 powder and improvement of photocatalytic activity by surface modification”, Thin Solid Films, 2004.

[35] Kolen Y., Garsheva A.V., Churagulovb B.R., Boujdayc S., Portesc P. & Colbeau-JUnited S.P., “Photocatalytic activity of sol-gel derived titania converted into nanocrystalline powders by supercritical drying”, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, Article in press, 2005.

[36] Anpo M., “Utilization of TiO2 photocatalysts in green Chemistry”, Pure Appl. Chem., Vol. 7, pp. 1265-1270, 2000.

[37] Nano-TiO2 Photocatalyst coating, Green Chemistry for Green Buildings http://www.greenmillennium.com, final update 2004.

[38] Ye J., Tang J., “Environmental Purification Using photocatalysis”, National Institute for Materials Science, Vol. 6, 2003.

[39] Frazer L., “Titanium dioxide Environmental White Knight”, Environmental Health Prespective, Vol. 4, 2001.

[40] Memming R., Semiconductor Electrochemistry, Wiley-vch, pp. 360-363, 2001.

[41] Martha M. Higarashi & Jardim W.F., “Photocatalytic treatment of pesticide-contaminated soil using solar light and titanium dioxide”, American Environmental Laboratory, pp. 25-26, Report May 2000.

[42] KON CORPORATION, http://www.saga-kon.co.jp, updated in 2005.

[43] GODAI INC., http://www.godai-inc.co.jp, updated in 2004.

[44] PHOTO-CATALYTIC MATERIALS INCORPORATED, http://www.photocatalyst.co.jp, updated in 2005.

[45] ALTAIR, http://www.altairnano.com, updated in 2004.

[46] AIST, http://www.aist.go.jp, updated in 2004.

[47] ANP (Advance Nano Product), http://www.anapro.com, updated in 2005.

[48] Saito M., TiO2 Photocatalyst Materials, Technical Report Reviews, 1998.

[49] Balasubramanian G., et al, “Evaluating the activities of immobilized TiO2 powder films for the photocatalytic degradation of organic contaminants in water”, Applied catalysis B environmental, Vol. 47, pp. 73-84, 2004.

[50] Preis S. & Falconer J.L., “Gas phase pholocatalytic oxidation of motor Fuel oxygenated additives”, Wat. Sci. Tech., Vol. 49, pp. 141-145, 2004.

[51] قنبرزاده ع.، حیدریان ع. و شادبختی غ.، "پوشش مخازن سوخت هوایی، مشخصه‌ها و روش کنترل کیفیت در سیستم پوششی"، نهمین همایش نفت و گاز و پتروشیمی 1377.

[52] قنبرزاده ع.، "مقایسه محمل مناسب فرمولاسیون رنگ‌های کول تاراپوکسی"، اولین سمینار ملی علوم و فن‌آوری رنگ، 1380.

[53] قنبرزاده ع.، "رنگ‌های دریایی، سامانه‌های پوششی و روش‌های کنترل کیفیت آنها"، مجله رنگ و رزین، شماره 12، 1381.

[54] قنبرزاده ع. و حیدریان ع.، "بررسی فعالیت جمعیت‌های میکروبی مخلوط باکتری احیاکننده سولفات (SRB) بر روی پوشش ویژه مخازن سوخت هوایی"، مجله تحقیق در علوم و مهندسی نفت شماره 45 سال دوازدهم تابستان و پائیز 1381.

[55] اکبری نژاد ا. "فرآیند دیسپرسیون رنگدانه‌ها، اهمیت: مکانیزم و روش‌ها"، نشریه صنعت رنگ، شماره 6، 1383.

[56] قنبرزاده ع.، "سیستم‌های پوشش مناسب سطح خارجی لوله‌های مدفون وروی سطح"، مجله زنگ، 1382.

[57] Martha M. Higarashi & Jardim W.F., “Photocatalytic treatment of pesticide-contaminated soil using solar light and titanium dioxide”, American Environmental Laboratory, 25-26, Report May 2000.

[58] Youngmin C. & Wonyong C., “Visible Light-Induced Degradation of Carbon Tetrachloride on Dye-Sensitized TiO2”, Environ. Sci. Technol., Vol. 35, pp. 966-970, 2001.