曾 曜

重慶市大渡口區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站

光催化技術(shù)在室內(nèi)空氣凈化中的應(yīng)用

曾 曜

重慶市大渡口區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，但是室內(nèi)環(huán)境問(wèn)題也逐漸增多。光催化技術(shù)是新興的污染治理技術(shù)，具有效率高、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。本文就室內(nèi)空氣污染物類型、光催化技術(shù)及其在室內(nèi)空氣凈化中的應(yīng)用做了簡(jiǎn)要分析。

光催化技術(shù)；室內(nèi)空氣凈化；TiO2

1 概述

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們生活水平也在提升，因此對(duì)于居住的環(huán)境安全要求更加嚴(yán)格。特別是對(duì)于室內(nèi)的裝修來(lái)講，是現(xiàn)代居民關(guān)注的重點(diǎn)。由于很多油漆物、裝飾的原料都含有大朗的化學(xué)元素，不僅對(duì)空氣存在污染，還嚴(yán)重影響了居住者的身體健康。我們最熟悉的當(dāng)屬甲醛、苯、汞、鉛這些類。它們?cè)诳諝饫锒挤浅Ｈ菀讚]發(fā)，人一旦吸入就會(huì)嚴(yán)重破壞掉呼吸以及神經(jīng)系統(tǒng)，甚至?xí)斐伤劳?。因此，我們必須重視室?nèi)的環(huán)境凈化，使安裝工作不會(huì)影響到人的身體健康。

同時(shí)，我國(guó)的科技在不斷的發(fā)展，在處理室內(nèi)空氣凈化方面也有了不少的成就。就目前來(lái)講比較常見的有有過(guò)濾、吸附以及負(fù)離子、膜分離等，它們擁有自身的特點(diǎn)，在凈化室內(nèi)空氣也有發(fā)揮了非常大的作用。但是現(xiàn)在最受人們所青睞的當(dāng)屬納米TiO2光催化技術(shù)，它主要是以紫外線或者太陽(yáng)光為載體，來(lái)消滅微生物以及部分光解揮發(fā)性的氣體。而且利用該技術(shù)不會(huì)造成再次的污染，非常簡(jiǎn)便、能耗也相對(duì)小，從源頭上解決是最近幾年出現(xiàn)的一種新興技術(shù)，它可以利用紫外光，比如太陽(yáng)光，在正常環(huán)境中消滅微生物以及光解揮發(fā)性氣體，從源頭上解決了室內(nèi)污染。因此，目前收到很多裝修行業(yè)的青睞。

2 室內(nèi)空氣污染物的來(lái)源

現(xiàn)代城市的建設(shè)，也帶來(lái)了房地產(chǎn)的飛速發(fā)展，從而也為裝修行業(yè)提供了機(jī)會(huì)，所以我們可以從兩方面來(lái)分析室內(nèi)空氣物的來(lái)源：首先，就是裝飾材料、家具等自身所含有的揮發(fā)性有機(jī)物，當(dāng)這些氣體釋放出來(lái)就會(huì)隨著人們的呼吸進(jìn)入，從而有害于身體健康；其次，平時(shí)生活中燃燒做產(chǎn)生的二氧化碳、氮等，也會(huì)產(chǎn)生危害；再有，現(xiàn)代的家庭都離不開電氣，這些也會(huì)產(chǎn)生臭氧，但是如果遇到潮濕的銀子，就容易制造出鹵代烴；固體污染物主要來(lái)自燃料燃燒、烹調(diào)油煙、香煙燃燒和室外。

3 光催化技術(shù)

3.1 光催化技術(shù)相對(duì)于過(guò)濾、吸附等其它技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)

(1)反應(yīng)條件溫和，在常溫常壓下進(jìn)行;

(2)反應(yīng)速率快，所需時(shí)間短;

(3)能將大部分有機(jī)污染物降解為小分子物質(zhì)。

3.2 基本原理

光催化基本原理是具有理論性質(zhì)的光生電子-空穴理論，其中，研究最多的是以半導(dǎo)體當(dāng)做催化劑。以TiO2為例；期具有不連續(xù)的能帶結(jié)構(gòu)，它由高能導(dǎo)帶和低能價(jià)帶共同組成，而禁帶指的是介于導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的區(qū)域，寬度Eg=3.2eV。而就以這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)為例，當(dāng)波長(zhǎng)小于380nm照射TiO2表面時(shí)，價(jià)帶電子會(huì)吸收能量，這樣就會(huì)產(chǎn)生躍遷現(xiàn)象，等到了導(dǎo)帶之后就會(huì)導(dǎo)致價(jià)帶空穴，最終形成電子-空穴對(duì)。而且當(dāng)這樣的情況如果時(shí)間足夠長(zhǎng)，一般都是選擇用高能量電子可以當(dāng)做還原劑，反之，如果電子低的空穴則作為氧化劑，當(dāng)它與TiO2表面吸附的污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)的時(shí)候，達(dá)到對(duì)污染物的處理，使其降解為水和CO2

大量研究表明，光催化劑在對(duì)苯、甲醛類污染物降解方面有巨大的應(yīng)用前景。如，有利用直通孔的多層結(jié)構(gòu)蜂窩狀整體凈化網(wǎng)，主要由支撐體、活性炭和TiO2光催化劑組成，經(jīng)過(guò)實(shí)踐應(yīng)用表明，對(duì)甲苯、甲醛以及氨的凈化都超過(guò)95%，效果非常好。

4 應(yīng)用

4.1 涂料方面

目前，針對(duì)國(guó)內(nèi)的納米TiO2應(yīng)用研究，主要集中在復(fù)合涂料的室內(nèi)應(yīng)用。依照可靠的實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明：納米涂料能有效地分解室內(nèi)的有機(jī)污染物，氧化去除空氣中的氮氧化物（NOX）和硫氧化物（SOX）以及各類臭氣等，并且不會(huì)產(chǎn)生二次污染。為了提高涂料在使用整體的性能，可以選擇加入納米材料，而且還能夠拓展實(shí)際的功效，比如在遇到其它影響可以提升自我修復(fù)的能力。此外，隨著人們對(duì)紫外線的益處以及危害認(rèn)識(shí)的全面性，在裝修行業(yè)也加大了在這方面的重視程度，首先，在門窗玻璃的安裝材料就可以加入納米技術(shù)，可以抵擋紫外線當(dāng)中有害物質(zhì)，這些在醫(yī)院以及日常民用建筑使用較多。而且，帶有納米TiO的涂料，具有非常強(qiáng)大的防污的效果，通過(guò)光的照射，對(duì)其進(jìn)行分解聚積于涂料表面的有機(jī)物，將表面吸附的灰塵除去；由于納米TiO2具有超親水性，在涂料表面就會(huì)形成一層水膜，這樣油性物質(zhì)也不容易在表面堆積，使涂料具有長(zhǎng)期的耐沾污性。

4.2 凈化器

雖然說(shuō)納米TiO2光催化優(yōu)點(diǎn)很多：還原性強(qiáng)、凈化效果徹底等。但是還是會(huì)受到污染物的影響，比如當(dāng)其濃度較低的時(shí)候，就會(huì)催生有害體，不利于到整個(gè)室內(nèi)的凈化。室內(nèi)空氣中揮發(fā)性污染氣體繁雜，而且相對(duì)來(lái)講濃度不高，如果直接將光催化技術(shù)應(yīng)用到空氣凈化器中不但沒(méi)有產(chǎn)生處理效果，還會(huì)造成一定的危害。目前，我國(guó)最主要的還是吸附形式存在的凈化器，盡管在某種程度可能會(huì)因?yàn)椴僮鞯膯?wèn)題，生成有害的氣體，但是吸附力強(qiáng)是它最大的特點(diǎn)。所以，為了更好地處理室內(nèi)的空氣凈化，需要將納米技術(shù)光催化以活性炭吸附科學(xué)的結(jié)合，趨利避害。這是由于低濃度污染氣體首先被活性炭吸附其上，通過(guò)一定方式的復(fù)合，可以顯著提高TiO2對(duì)低濃度污染物的凈化效果，TiO2也不斷地將吸附在活性炭上的有機(jī)物分解為CO2和H2O，有利于活性炭再生，而且針對(duì)處理慢的問(wèn)題也可得到有效的解決。因此，產(chǎn)生了活性炭-納米TiO2光催化室內(nèi)空氣凈化器。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的不斷進(jìn)步，利用TiO2制成的凈化涂料，能夠避免傳統(tǒng)裝修物質(zhì)的侵害，對(duì)空氣中有害氣體不但凈化效果好，而且降解速率也高，其表現(xiàn)出的強(qiáng)氧化性，使得該技術(shù)在各種空氣凈化技術(shù)中成為主流的研究發(fā)展方向。目前，各國(guó)也在研究將TiO2作為功能體復(fù)合到涂料等材料中，利用其良好的綜合性能，發(fā)揮多功能效應(yīng)，可成為生活環(huán)境中起長(zhǎng)期凈化作用的環(huán)保材料。

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