张普智，张彦军，谷凯凯，吕 英，杜 磊

（1.西安石油大学材料科学与工程学院，陕西西安 710056；2.浙江理工大学服装工程学院，浙江杭州 310018）

纺织工业作为我国比较优势的产业，在国民经济中具有举足轻重的地位[1]。随着我国科学技术的发展和人们对纺织品综合性能要求的提高，利用纳米技术、生物技术开发新型功能性产品成为目前开发功能性纺织品的热点，在纺织工业中，纤维织物除具有自身的基本使用价值外，也可以与其他新型技术结合，广泛应用于抗菌、除螨、防霉、抗病毒、防蚊虫、防蛀、阻燃、防皱免烫、拒水拒油、防紫外线、防电磁辐射、香味、磁疗、红外线理疗、负离子保健等领域构建多种功能化纺织物，在现代大健康社会环境中具有非常广泛的应用价值和市场潜力。

光催化技术的研究自19世纪70年代开始，日本藤岛教授[12]在一次实验对水中放置的氧化钛单晶进行紫外灯照射，结果发现水被分解成了氧和氢，由此引发了光催化技术的发展。随后研究发现光催化技术可降解废水中的污染物。同时指出了几百种可利用光催化技术处理的有机化合物，目前的研究已经证明许多有机物，例如烃、芳烃、卤、代烃醚、酮、醛、醇、芳烃、硫醇及杂原子有机物等，都可以利用TiO2进行降解处理。

直到21世纪的今天，毫无疑问在缓解水污染问题方面，光催化依然是一项很有前途的高级氧化技术（AOT）。近期对其他光催化剂（例如ZnO、ZnS、半导体-石墨烯复合材料、钙钛矿、MoS2、WO3和Fe2O3）的研究也一直在进行，其中二氧化钛（TiO2）凭借成本低、无毒、氧化能力强的特点，至今仍是最受欢迎的光催化剂选择。除了上述优势以外，二氧化钛光催化剂可以固定在各种表面上，并且可以按比例增加使用量以满足大规模水处理的需求，二氧化钛可以固定在各种载体上，且其光催化效率不会受到明显影响。这一重要特征十分有助于开发二氧化钛光催化工艺，来为净化水与空气制造高效的光化学反应器。此外，为了将二氧化钛的响应光谱从紫外线向可见光范围移动，大量针对二氧化钛光响应的研究已经研制出了一些引人瞩目的二氧化钛材料，这些材料不但能响应可见光，还可利用阳光中大量的可见光净化污水。

1 光催化基纺织物

光催化材料在太阳光的作用下可有效地降解污染物，各种光催化纳米材料已被研究用于液体或气体污染物的净化，被认为是最有前途的治理途径。但如何将这类材料回收再利用却是关键性问题。考虑到纺织物具有疏松多孔的结构特点及亲水、天然、广泛应用的优势，以纺织品为负载模板，构筑纳米光催化织物涂层，实现了纳米光催化材料的回收再利用。

通过纳米光催化材料的交替层层组装，可以大幅提高光催化效率。光催化基纺织物包括纯光催化纺织物和光催化复合纺织物。纯光催化纺织物是将单纯的光催化材料（如TiO2）或者改性物质通过化学涂覆沉积在纺织物表面，光催化复合纺织物是指将光催化材料与其他吸附型功能材料进行复合，以获得吸附催化双重功能的纺织物。由于功能性光催化织物的优异性能，并且可以大规模应用，如对可循环利用的水体净化，城市臭水体的治理等。把光催化功能织物做成窗帘、地毯等各类纺织品，也可用于室内降解甲醛等气体污染，因此，在各个领域均展现出非常可观的应用前景。

2 光催化纺织物的制备

光催化复合纺织物可以采用浸轧烘干工艺将其处理到纺织物表面。通过浸轧工艺将粉体纳米光催化材料固着在纺织物上，此方法主要是通过物理吸附在纺织物纤维上。还有一种方法是通过化学键将纳米光催化粉体材料结合在纺织物上，化学法主要包括：溶胶凝胶浸渍法、水热合成法、静电纺丝法等。但在实际应用过程中，由于光催化作用下，将会对纺织物基体产生自身分解作用，造成纺织物基体的破坏，也影响了纺织品本身的品质。有学者也提出了采用保护层将基体纺织物保护后再进行光催化性能的负载，在光催化剂层和基材之间引入保护层，避免基材和光催化剂的直接接触，从而保护基材免于受到光催化剂分解力的破坏，同时保护层也能很好地固定光催化层和基材，从而解决了光催化剂层容易脱落的问题，并让光催化剂层尽量裸露在表面发挥催化效果。

3 光催化纺织物的功能及应用

3.1 分解有机污染物

光催化材料在反应过程中接受光照，吸收光能转化为化学能，生成的电子空穴对与氧气或者水分子反应产生活性极强的自由基，再通过活性自由基与有机污染分子之间的氧化还原反应将污染物全部降解为无机物。Ran等通过水热合成法制备得到可见光响应型BiVO4光催化粉体，并与聚多巴胺（PDA）进行复合增强化学稳定性和增强吸附作用。随后负载于棉纤维上，用于分解亚甲基蓝有机分子，表现出优异的催化活性。

3.2 除臭纤维

在除臭纤维中所用的GC—100光催化剂，是以纳米TiO2和奇冰石为主要成分，掺杂某些金属或金属氧化物制成的纳米级粉体或颗粒。用GC—100光催化剂吸附恶臭气体后受到紫外光照射时气体将分解，因而又可恢复其新鲜表面，消除了吸附限制。既不会降低吸附活性，又解决了单纯TiO2光催化对臭气吸附性差的缺点，大大提高了臭气的光降解效果。已有公司利用GC一100光催化剂开发了除臭纤维，实验证实其对乙醛、甲硫醇、醚、硫化氢、氨、三甲胺等臭气具有良好的去除功能。

东丽公司应用光催化剂开发的消臭纤维业已上市。其机制是，二氧化钛在受光后，生成羟基（氢氧基）原子团，与发生体臭、汗臭及烟臭等的物质如胺、乙戊酸、壬烯酸等发生化学反应而相结合，分解为水和二氧化碳等无臭成分。使用喷涂、印染和浸泡等方法把光催化剂与树脂的混合物溶液加工到聚酯、棉线等纤维上，再制造成织物，可用来制作老人和医院用床单、枕套等各种物品，也能够制作食品包装薄膜。

3.3 特种口罩

市售一般活性炭口罩仅能过滤有机气体，无法真正隔绝病毒。加入光催化和甲壳素制得的活性炭口罩，能隔离病毒，预防病毒侵入人体。我国台湾省向市场推出了光催化甲壳素活性炭口罩，据称该口罩是全球第一种光催化甲壳素活性炭口罩

3.4 光催化羊毛织物

用经过TiO2处理的羊毛制成的织物，能够吸收蒜味、烟臭等，并将其分解。这种光催化机能性羊毛将进一步用于办公室制服、学生服、针织套衫、女裤等。

3.5 降解室内氨气的光催化棉织物

室内水泥墙有气态氨产生，导致室内的空气污染。为了控制室内氨气的污染，使用浸轧或涂层的方法生产负载TiO2光催化棉织物，在365nm波长的紫外线辐射下可以在催化反应中有效地消除气态氨气。同时，在一定的使用条件下，气态氨气不仅能够被浸轧TiO2的棉织物较大地分解，而且涂层的TiO2棉织物也具有相对较强的催化分解氨气的能力。东京大学尖端科学技术研究中心把晶质状的二氧化钛光催化剂事先混入氯乙烯等树脂材料中，燃烧时它就会吸附氯等有害物质，落在地面，遇到阳光，氯化物就会自动分解。这种做法“给予材料自身以减轻环境负荷的能力”。

3.6 自清洁光催化棉织物

将TiO2-SiO2混合溶液涂层在棉织物上，通过热处理使其与织物产生交联，当光线照射在光催化涂布层上，光催化将发挥氧化分解与超亲水的特性，使织物产生自净性。把混合液涂在棉织物上，然后烘干，在100℃下热处理1h，使其和织物完全反应，形成交联。

3.7 抗静电纺织品

化学纤维制品摩擦易产生静电效应，如果在其中加入纳米光催化，就会产生良好的静电屏蔽性能，大大降低静电效应。东华大学研究者研发出纳米光催化山羊绒针织物，是用经过氧化一丝胶法处理后的天然山羊绒针织物浸渍在预先配制好的纳米光催化溶胶中得到的，其抗静电性有了很好的改善。

3.8 其他功能纺织品

人体释放的红外线大致在4～16nm的中红外线波段上，有研究将纳米光催化添加入维纶纤维的纺丝原液中，再经过特殊制备工艺制成薄膜。利用法向全辐射发射率校准系统测量该薄膜的远红外线发射率，来量化研究纳米光催化改善纺织品抗远红外线的发射性能，研究发现纳米光催化对人体红外线有一定的吸收作用。

4 结束论

光催化技术自19世纪70年代发现到现在已经研究三十多年，现实应用目前尚处于起步阶段。尽管目前尚处成长期，但光催化技术每年的产值增长达20%以上。实际推广过程中遇到的主要问题是人们对光催化技术不了解，对技术使用效果有一定的疑惑。因此，如何实现光催化技术商品化、产业化仍然是是关键。