摘 要 納米級Ti02光觸媒在環(huán)境保護方面得到了廣泛的應用前景，在中國受到了廣大消費者的高度重視，但實際應用過程中經(jīng)常出現(xiàn)治理效果不甚理想，本文詳細介紹了光觸媒如何在實際操作過程中提高凈化效果。

關(guān)鍵詞 納米Ti02；光觸媒；光催化；空氣凈化；空氣治理

中圖分類號 X788 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)052-0092-02

1 概述

1.1 時代背景

由中國環(huán)境科學學會室內(nèi)環(huán)境與健康分會、清華大學建筑學院、北京大學環(huán)境科學與工程學院、氣候組織和朗詩集團聯(lián)合發(fā)起，對長江流域主要城市家庭室內(nèi)環(huán)境中的甲醛、苯、二甲苯及甲苯濃度水平進行了采樣及檢測分析調(diào)查。

調(diào)查結(jié)果顯示，受調(diào)查的城市居民室內(nèi)空氣中的總揮發(fā)性有機化合物（簡稱TVOCs）普遍超標，在上海、蘇州、南京、武漢、重慶、成都6座大中城市中，苯的超標率相對較低，只有成都超過了10%，其他5個城市此項指標均在5%以下。甲苯的超標率最高，南京此項指標超標率高于70%，其次是重慶，達65%。二甲苯的超標率僅次于甲苯，南京該項指標超標率高于60%，成都次之，達到50%。此外，甲醛指標超標率也比較高，最高值同樣出現(xiàn)在南京，超過40%。

溫州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院2009年受理102戶委托新房室內(nèi)空氣檢測檢測甲醛、苯、甲苯、二甲苯、TVOCs，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有82戶新房內(nèi)空氣質(zhì)量不合格，合格率僅為19.61％；2010年受理167戶委托新房室內(nèi)空氣檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有142戶新房內(nèi)空氣質(zhì)量不合格，合格率僅為14.97％。

空氣質(zhì)量不合格對人體造成了巨大的傷害，清華大學教授張寅平表示，如TVOCs對人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)及血液系統(tǒng)具有毒害作用，它可通過呼吸道、消化道和皮膚進入人體而產(chǎn)生危害，引起哮喘等疾病。因為兒童每天在家時間平均為6-18小時，遠高于成年人在家時間，從而引發(fā)的兒童哮喘問題非常突出。

空氣污染危害已經(jīng)覆蓋了我們所有的家居、辦公環(huán)境，嚴重危害人體健康，尤其是對老弱病殘危害尤為嚴重，室內(nèi)空氣的污染治理顯得尤為重要；各類治理公司也相繼雨后春筍般創(chuàng)立，然而在治理過程中因為產(chǎn)品本身的性質(zhì)與實際操作過程中的不規(guī)范與不合理造成實際治理效果不是很明顯，一直困擾著各個治理公司。本文著重介紹產(chǎn)品在實際治理應用過程中的各個細節(jié)，以提升實際治理效果。

1.2 光觸媒的概念

光觸媒是指納米材料在光的照射下，把光能轉(zhuǎn)變成化學能，促進有機物的合成或使有機物降解的物質(zhì)，其過程就是光觸媒技術(shù)。這一過程也叫做光催化，所以光觸媒技術(shù)又叫做光催化技術(shù)。光觸媒材料有Ti02、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3，PbS、SnO3、In2O3、ZnS、SrTiO3和SiO2等十幾種，這些半導體氧化物都有一定的光催化降解有機物的活性并且穩(wěn)定、無毒。因其中大多數(shù)易發(fā)生化學或光化學腐蝕，不一定適合作為通用性的光催化劑。通常講的光觸媒都是以納米二氧化鈦為主要原料。

1.3 光觸媒的發(fā)展概況

l970年，本多健一和藤島昭（Kenichi Honda and AkiraFujishima）兩人首次發(fā)現(xiàn)了Ti02的光催化效應。根據(jù)該效應，在光照下，Ti02能夠?qū)⑺纸鉃闅錃夂脱鯕?。Honda—Fujishima因此獲得了2004年度Japan Prize（日本國內(nèi)的最高獎）。

納米級TiO2光觸媒主要有最初級的光觸媒產(chǎn)品與復合納米TiO2光觸媒產(chǎn)品。最初級的光觸媒產(chǎn)品，就是把單一的納米TiO2粉末分散到水介質(zhì)中去，在分散過程中需要增加一定的分散劑，以達到分散的穩(wěn)定性。但是在實際應用中，該類純納米TiO2光觸媒產(chǎn)品存在明顯缺陷：TiO2光催化劑帶隙較寬（3.2eV），只能被波長小于380納米的紫外線才能激發(fā)，故使得對太陽光的利用率較低，凈化功效只能是在強太陽光的情況下才能發(fā)揮，在實際的室內(nèi)空氣治理過程中往往需要使用254納米波長的紫外燈管進行照射，光激發(fā)產(chǎn)生的電子與空穴很容易重新復合，導致光電子效率很低，影響了光催化活性。為了提高TiO2的光催化活性、擴大光譜響應范圍、減少電子與空穴的復合，人們對TiO2催化劑表面進行了改性研究，如金屬離子摻雜、半導體復合、半導體的光敏化、半導體表面貴金屬沉積等，其中在金屬離子摻雜和半導體復合方面的工作較為成功。由此就產(chǎn)生了新一代的納米TiO2復合光觸媒產(chǎn)品。

光觸媒產(chǎn)品在中國尚屬發(fā)展期，還有待成熟，中國抗菌制品行業(yè)協(xié)會也正在制定相應的光觸媒產(chǎn)品的國家標準，所以該類初級的光觸媒產(chǎn)品目前在國內(nèi)還較為普遍；但隨著國內(nèi)光觸媒技術(shù)的不斷發(fā)展新一代的納米Ti02復合光觸媒產(chǎn)品也開始普及。

2 光觸媒提升效果的分析

2.1 光觸媒作用原理

光催化機理是由于TiO2電子結(jié)構(gòu)所具有的特點，納米光觸媒在光照射下，價帶電子被激發(fā)到導帶，形成了電子和空穴，與吸附于其表面的O2和H2O作用，生成化學活潑性很強的超氧化物陰離子自由基，O2-和羥基自由基-OH，其自由基具有很強的氧化分解能力，能破壞有機物中的C-C鍵、C-H鍵、C-N鍵、C-O鍵、O-H鍵、N-H鍵，分解有機物為二氧化碳與水；同時破壞細菌的細胞膜固化病毒的蛋白質(zhì)，改變細菌，病毒的生存環(huán)境從而殺死細菌、病毒。

2.2 光觸媒產(chǎn)生作用的關(guān)鍵步驟

增強光觸媒的作用主要是圍繞著納米TiO2增加溶解度、增加分散性、增加附著力、增加接觸面積、增加光照面積、增加反應平衡移動速度，具體按施工過程施工前、施工中、施工后闡述如何增加上述特性。

1）施工前，施工前對施工表面進行清潔處理，以防表面有灰塵附著，影響光觸媒的附著力，造成脫落而降低治理效果；并且通過清潔時調(diào)整家具等擺設(shè)位置，來增加施工表面，來擴大室內(nèi)空氣與光觸媒的實際接觸面積，使得表面積與室內(nèi)容量比增大（S/L），從而增強整體的治理效果。在清潔過后施工時應在光觸媒中加入相應的相溶劑和分散劑，以增強光觸媒的有效物含量與有效物的均勻度，提高光觸媒的附著力與施工均勻性，從而增強治理效果與降低光觸媒的使用量。

2）施工過程中，施工過程中先搖勻光觸媒再裝入施工罐，調(diào)節(jié)施工噴涂槍口徑，連接高壓泵，開啟熱風，用玻璃板試噴，調(diào)整合適的口徑、流量與施工距離后開始施工。通過合適的口徑提升施工的分散性度與噴涂壓力，增強施工均勻度與光觸媒附著力；通過高壓泵爭強光觸媒的噴出壓力，提高附著力；通過開啟熱風提光觸媒的分散性與可通過性，防止光觸媒堵塞噴槍與增強光觸媒的附著力。

3）施工后保養(yǎng)：打開門與窗戶或打開排風與新風機，以排除室內(nèi)空氣與引入新風源，引導光催化反應的平衡向右邊移動，加速有害物質(zhì)的分解，增強治理效果；開啟紫外光源增強光的激發(fā)作用，提高光觸媒的催化作用效果，提升光觸媒的治理效果；對施工表面一周內(nèi)注意表面清潔，防止被灰塵遮蓋與因清潔不當造成脫落，影響治理的長期有效性。

2.3 實際治理效果對照

因房間不確定因數(shù)較多，而且沒步驟牽涉情況較為復雜，所以在對溫州市某單位的同類源三十幾個房間取8個房間同時進行TVOCs項目對比實驗，施工前主要是清潔與調(diào)整家裝擺設(shè)；施工中主要是搖勻、調(diào)節(jié)口徑、調(diào)節(jié)熱風與試施工；施工后主要是打開門、開窗、開紫光燈與防塵，實驗結(jié)果如表所示。

3 小結(jié)

光觸媒作為納米技術(shù)應用于室內(nèi)空氣治理領(lǐng)域的一種新型產(chǎn)品，已開始進入我們的日常生活中，相信隨著人們對納米TiO2特殊性能及應用領(lǐng)域的不斷認識，必將顯示出它在室內(nèi)空氣治理領(lǐng)域無以倫比的優(yōu)勢，如何提高光觸媒的實際效用也將成為各類研發(fā)機構(gòu)與治理公司以及人們?nèi)粘Ｉ钏P(guān)注的熱點。將提高光觸媒的實際應用效果知識普及，讓全民參與空氣凈化，參與環(huán)境保護，還我們一片清新的空氣。本文如有不妥之處還請各專家指導、交流。

參考文獻

[1]王海汴，光觸媒.納米TiO2應用于空氣凈化領(lǐng)域現(xiàn)狀及其發(fā)展[J].中國材料科技與設(shè)備(雙月刊)，2007，3.