北京科技大学承担的国家高技术研究发展计划（863计划）“高可见光活性氮掺杂纳米TiO2粉体的规模化制备技术及应用”课题，攻克了纳米氮掺杂TiO2（N-TiO2）粉体的低成本规模化制备及其在水相中的均匀分散和悬浮稳定等关键技术，建成了年产能达百吨级的高可见光活性的纳米N-TiO2光催化喷剂中试生产线（如图1所示）；制定了纳米N-TiO2光催化喷剂产品企业标准；建立了高效气相和液相光催化降解示范装置。第三方权威部门检测结果表明，在可见光照射下，该课题所开发出的光催化产品具有优异的可见光光催化降解气相污染物（如甲醛、苯、TVOC等）、广谱抗菌（大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌和白色念珠菌等）和防霉性能。用户实际应用效果表明，所研发的光催化产品具有良好的环境适应性，在不同气候条件下均具有长效可见光光催化性能。
课题研究获得了多项中国发明专利，形成了具有自主知识产权的研究成果。以该课题所开发的纳米N-TiO2材料为基础，可以研制出系列具有长效可见光光催化特性的新产品，用于空气净化、致霾气体降解、污水处理、抗菌以及自清洁等，市场前景广阔。
一、技术简介
二氧化钛（TiO2）是一种半导体材料，当其受到紫外线照射时，在TiO2表面生成的高活性羟基自由基和超氧自由基等基团，可将构成有机物的，由碳、氢、氧、氮等元素之间形成的化学键分解，达到抗菌抑菌、降解有机化合物（苯、甲苯、苯乙烯、甲醛等）、去除PM2.5重要产生源（氮氧化物和硫氧化物）等净化环境的目的。在此过程中，TiO2仅将光能转为化学能，本身并不被消耗而具有长效作用，因此被称为光催化剂。
光催化作用是1972年日本东京大学的藤岛昭（A.Fujishima）率先发现并提出的[[i]]。此后，各国学者围绕TiO2的光催化性能开展了广泛的研究。TiO2薄膜表面的光致超亲水性是1997年R.Wang等人[[ii]]首次报道，即纳米TiO2薄膜在紫外线的照射下，水在其表面的接触角将降至10度以下，使得涂覆TiO2薄膜的基材表面可以长期在雨水冲刷、清洗等条件下具有易洁、自洁功能。
但是，纳米TiO2的上述光催化和超亲水性能只能被紫外线所激发。而在室内等密闭、半密闭空间内由于紫外线极其微量则难以发挥TiO2的光催化性能。因此，改变对紫外线的依赖，实现TiO2的可见光激发和应用非常关键。氮掺杂被认为是实现TiO2可见光激发和提高其光催化效率最有效的手段之一[[iii],[iv]]。但由于氧钛（O-Ti）结合能高于氮钛（N-Ti）结合能，氮离子难以掺入TiO2晶格，因此，有关纳米N-TiO2低成本、规模化制备方面的研究进展缓慢，目前国内外尚无商业纳米N-TiO2产品供应市场。
本课题组在国家和企业横向课题的资助下，实现了具有可见光活性的纳米N-TiO2粉体的低成本、规模化制备，建成了年产能达到百吨级的纳米N-TiO2光催化喷剂中试生产线。第三方检测表明，产品在日光灯的照射下24小时对持续挥发源的甲醛和TVOC（挥发性有机物）的去除率均在80%以上；24小时对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌的光催化抗菌率均大于99%。
二、主要创新点
（1）掌握了纳米N-TiO2粉体的高效、短流程和低成本规模化制备技术，粉体的年产能达到吨级。规模化制备的纳米N-TiO2粉体在可见光照射下具有良好的气相、液相光催化降解性能和广谱抗菌性能。
（2）掌握了纳米N-TiO2粒子在水相中的均匀分散和悬浮稳定性技术，建成了年产能为100吨的纳米N-TiO2光催化喷剂中试线。批量化生产的光催化喷剂产品具有良好的可见光光催化降解气相有机污染物、广谱抗菌和防霉性能以及良好的生物安全性。
（3）成功研制出纳米光催化材料气相、液相光催化降解测试平台，实现了对光催化材料性能的快速、准确评价。制定了产品标准并完成了备案，产品生产通过了ISO9001质量管理体系认证。
（4）在公共场所和家庭住宅等生活场所进行的大量应用案例表明，不同条件下纳米N-TiO2光催化喷剂的实际应用效果良好。
三、产业化前景分析
项目参研单位山东亿康环保科技有限公司正在积极进行成果产业化转化，针对室内等密闭空间空气净化、公共场所抗菌抑菌、大气中致霾气体净化、光催化自清洁和污水净化等应用领域具体特点，完成相关产品开发，计划于2015年年底前在山东临沂建成占地100亩、年产能达数千吨的纳米N-TiO2光催化产品的生产和研发基地，推动光催化材料在各个领域的广泛应用，为解决普遍存在的环境污染问题贡献力量。
