北京科技大學承擔的國家高技術研究發展計劃（863計劃）“高可見光活性氮摻雜納米TiO₂粉體的規模化制備技術及應用”課題，攻克了納米氮摻雜TiO₂（N-TiO₂）粉體的低成本規模化制備及其在水相中的均勻分散和懸浮穩定等關鍵技術，建成了年產能達百噸級的高可見光活性的納米N-TiO₂光催化噴劑中試生產線（如圖1所示）；制定了納米N-TiO₂光催化噴劑產品企業標準；建立了高效氣相和液相光催化降解示范裝置。第三方權威部門檢測結果表明，在可見光照射下，該課題所開發出的光催化產品具有優異的可見光光催化降解氣相污染物（如甲醛、苯、TVOC等）、廣譜抗菌（大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌和白色念珠菌等）和防霉性能。用戶實際應用效果表明，所研發的光催化產品具有良好的環境適應性，在不同氣候條件下均具有長效可見光光催化性能。

課題研究獲得了多項中國發明專利，形成了具有自主知識產權的研究成果。以該課題所開發的納米N-TiO₂材料為基礎，可以研制出系列具有長效可見光光催化特性的新產品，用于空氣凈化、致霾氣體降解、污水處理、抗菌以及自清潔等，市場前景廣闊。

一、技術簡介

二氧化鈦（TiO₂）是一種半導體材料，當其受到紫外線照射時，在TiO₂表面生成的高活性羥基自由基和超氧自由基等基團，可將構成有機物的，由碳、氫、氧、氮等元素之間形成的化學鍵分解，達到抗菌抑菌、降解有機化合物（苯、甲苯、苯乙烯、甲醛等）、去除PM2.5重要產生源（氮氧化物和硫氧化物）等凈化環境的目的。在此過程中，TiO₂僅將光能轉為化學能，本身并不被消耗而具有長效作用，因此被稱為光催化劑。

光催化作用是1972年日本東京大學的藤島昭（A.Fujishima）率先發現并提出的^[[i]]。此后，各國學者圍繞TiO₂的光催化性能開展了廣泛的研究。TiO₂薄膜表面的光致超親水性是1997年R.Wang等人^[[ii]]首次報道，即納米TiO₂薄膜在紫外線的照射下，水在其表面的接觸角將降至10度以下，使得涂覆TiO₂薄膜的基材表面可以長期在雨水沖刷、清洗等條件下具有易潔、自潔功能。

但是，納米TiO₂的上述光催化和超親水性能只能被紫外線所激發。而在室內等密閉、半密閉空間內由于紫外線極其微量則難以發揮TiO₂的光催化性能。因此，改變對紫外線的依賴，實現TiO₂的可見光激發和應用非常關鍵。氮摻雜被認為是實現TiO₂可見光激發和提高其光催化效率最有效的手段之一^[[iii],[iv]]。但由于氧鈦（O-Ti）結合能高于氮鈦（N-Ti）結合能，氮離子難以摻入TiO₂晶格，因此，有關納米N-TiO₂低成本、規模化制備方面的研究進展緩慢，目前國內外尚無商業納米N-TiO₂產品供應市場。

本課題組在國家和企業橫向課題的資助下，實現了具有可見光活性的納米N-TiO₂粉體的低成本、規模化制備，建成了年產能達到百噸級的納米N-TiO₂光催化噴劑中試生產線。第三方檢測表明，產品在日光燈的照射下24小時對持續揮發源的甲醛和TVOC（揮發性有機物）的去除率均在80%以上；24小時對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和綠膿桿菌的光催化抗菌率均大于99%。

二、主要創新點

（1）掌握了納米N-TiO₂粉體的高效、短流程和低成本規模化制備技術，粉體的年產能達到噸級。規模化制備的納米N-TiO₂粉體在可見光照射下具有良好的氣相、液相光催化降解性能和廣譜抗菌性能。

（2）掌握了納米N-TiO₂粒子在水相中的均勻分散和懸浮穩定性技術，建成了年產能為100噸的納米N-TiO₂光催化噴劑中試線。批量化生產的光催化噴劑產品具有良好的可見光光催化降解氣相有機污染物、廣譜抗菌和防霉性能以及良好的生物安全性。

（3）成功研制出納米光催化材料氣相、液相光催化降解測試平臺，實現了對光催化材料性能的快速、準確評價。制定了產品標準并完成了備案，產品生產通過了ISO9001質量管理體系認證。

（4）在公共場所和家庭住宅等生活場所進行的大量應用案例表明，不同條件下納米N-TiO₂光催化噴劑的實際應用效果良好。

三、產業化前景分析

項目參研單位山東億康環保科技有限公司正在積極進行成果產業化轉化，針對室內等密閉空間空氣凈化、公共場所抗菌抑菌、大氣中致霾氣體凈化、光催化自清潔和污水凈化等應用領域具體特點，完成相關產品開發，計劃于2015年年底前在山東臨沂建成占地100畝、年產能達數千噸的納米N-TiO₂光催化產品的生產和研發基地，推動光催化材料在各個領域的廣泛應用，為解決普遍存在的環境污染問題貢獻力量。