陳美玲 丁文超 韋曉珊 楊子鍵 朱奕光

（佛山電器照明股份有限公司，廣東 佛山 528000）

0 引言

隨著工業(yè)革命和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，空間環(huán)境的污染對(duì)人類(lèi)健康的威脅已成為一個(gè)世界難題。空氣中的病毒、細(xì)菌、真菌和揮發(fā)性有機(jī)化合物等都對(duì)人體健康構(gòu)成極大的威脅。因此，空氣凈化問(wèn)題已經(jīng)引起了人們的極大關(guān)注。

目前市場(chǎng)上主流的空氣凈化技術(shù)主要包括物理吸附法、負(fù)離子凈化技術(shù)、等離子凈化技術(shù)和臭氧凈化技術(shù)等。然而，物理吸附法存在吸附效率不高、吸附飽和以及污染物二次釋放等問(wèn)題?？諝庳?fù)離子發(fā)生器存在壽命短、釋放臭氧以及超氧等衍生物。等離子凈化技術(shù)在凈化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生臭氧等有害物質(zhì)，價(jià)格相對(duì)較貴且操作復(fù)雜。臭氧凈化技術(shù)產(chǎn)生的臭氧對(duì)人體健康有害，無(wú)法實(shí)現(xiàn)人機(jī)共存。

光催化技術(shù)具有光催化作用持久、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的紫外光光催化技術(shù)需要特定的紫外波段，對(duì)人體健康不利，使其凈化應(yīng)用受限。為了解決紫外光對(duì)人體的危害風(fēng)險(xiǎn)，該文通過(guò)光將可見(jiàn)光光催化材料與照明燈具相結(jié)合開(kāi)發(fā)了一種可見(jiàn)光光催化燈具，此類(lèi)燈具安全環(huán)保、凈化徹底、可人機(jī)共存且具有超長(zhǎng)壽命，是具應(yīng)用前景的凈化技術(shù)手段之一。

1 材料的光催化性能及其速率常數(shù)測(cè)試分析報(bào)告

為了驗(yàn)證光催化材料本身的光催化性能，該文通過(guò)有機(jī)染料羅丹明B（RhB）作為模擬污染物以評(píng)價(jià)其光催化性能。材料光催化性能及其速率常數(shù)的測(cè)試方法如下：量取90 mL光觸媒液體與10 mL羅丹明B（1×10-4 mol/L）溶液于反應(yīng)玻璃瓶中，并將混合物置于黑暗處（完全避光環(huán)境）磁力攪拌至60 min以達(dá)到吸附-脫附平衡。然后以300 W氙燈作為光源進(jìn)行光催化降解，每間隔20 min進(jìn)行取樣，直至完全降解羅丹明B溶液為無(wú)色為止，每次取樣為3.5 mL，最后經(jīng)過(guò)離心除去光觸媒固體，取上清液測(cè)定其吸光度值。對(duì)RhB去除率（%）的計(jì)算如公式（1）所示。

式中：和A分別為染料溶液在0 min和每間隔一段光照時(shí)間于λ～554 nm處的最大吸收峰。

測(cè)定材料的光催效率及其速率常數(shù)結(jié)果如圖1所示。在光照160 min處幾乎能將RhB完全降解，表現(xiàn)出良好的光催化性能。圖1（a）為光觸媒材料對(duì)RhB的光催化降解曲線(xiàn)，光觸媒材料在160 min處對(duì)RhB的降解率約為99%。擬一階動(dòng)力學(xué)方程如公式（2）所示。

式中：為材料光催化反應(yīng)速率常數(shù)，單位min。

此方程與試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合良好，如圖1（b）所示。結(jié)果表明，對(duì)RhB溶液濃度為1×10mol/L時(shí)，材料的反應(yīng)速率常數(shù)為0.024 2 min。

圖1 測(cè)定材料的光催效率及其速率常數(shù)

光催化材料對(duì)RhB溶液的吸收光譜（440nm～640nm）如圖2所示。在光照過(guò)程中，溶液的最大吸收峰從554 nm藍(lán)移至508 nm，可能原因如下。1） 溶液中存在一些中間產(chǎn)物（N-脫乙基化的中間體：鄰苯二甲酸、4-羥基苯甲酸等）。2） 光觸媒材料沒(méi)有完全離心的原因。

圖2 RhB染料溶液的吸收光譜隨光照時(shí)間的變化

影響光催化性能的因素主要有以下3點(diǎn)：1） 使用的光觸媒材料為核殼結(jié)構(gòu)TiO@SiO材料，其中Ti質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.08%，大部分為黏合劑，這可能會(huì)影響有效成分發(fā)揮光催化作用，進(jìn)而影響光催化效率。2） 光觸媒材料離心不完全，測(cè)試時(shí)溶液中有材料的存在，可能會(huì)影響光催化性能。3） 光觸媒材料的光催化性能及其速率常數(shù)的測(cè)試委托第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)、學(xué)校測(cè)試，試驗(yàn)人員的操作方法、測(cè)試儀器的不同會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果的不同。

2 抗病毒和除菌性能

2.1 燈具的表面抗病毒和除菌性能

該文選用一種LED燈具，在其擴(kuò)散板或燈罩表面涂覆一定厚度的可見(jiàn)光光催化材料。先使用去離子水、酒精對(duì)燈罩或擴(kuò)散板進(jìn)行清潔，

燈罩或擴(kuò)散板自然晾干后，使用手工噴槍對(duì)燈罩表面進(jìn)行光催化材料噴涂，噴涂后加熱固化。涂層干燥后的樣燈即為可見(jiàn)光光催化燈具原型產(chǎn)品。取擴(kuò)散板或燈罩試片進(jìn)行表面抗菌抗病毒性能測(cè)試，該測(cè)試參考《GB/T 30706 可見(jiàn)光照射下光催化抗菌材料及制品抗菌測(cè)試方法及評(píng)價(jià)》進(jìn)行，通過(guò)可見(jiàn)光照射燈具擴(kuò)散板和燈罩樣品表面24 h，記錄照射后與照射前菌落數(shù)的變化，并計(jì)算細(xì)菌和病毒去除率。

試驗(yàn)結(jié)果顯示（如圖3所示），該燈具對(duì)H1N1型流感病毒具有高效的去除作用，其去除率高達(dá)98.13%，證明該可見(jiàn)光光催化燈具表面具有較強(qiáng)的抗病毒效果。對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色葡萄球菌、李斯特菌和沙門(mén)氏菌的消殺率則高于99%，說(shuō)明燈具樣品具有優(yōu)異的抗菌作用。

圖3 燈具表面的病毒和細(xì)菌去除率

2.2 燈具的空間抗病毒和除菌性能

可見(jiàn)光光催化燈具空間抗菌抗病毒測(cè)試參考標(biāo)準(zhǔn)《GB 21551.3 家用和類(lèi)似用途電器的抗菌、除菌、凈化功能空氣凈化器的特殊要求》，將原型燈具點(diǎn)亮，隨后將光色調(diào)節(jié)為冷白光，并放入30 m試驗(yàn)艙，持續(xù)點(diǎn)亮作用2 h進(jìn)行測(cè)試，分別取試驗(yàn)前和試驗(yàn)后的空間菌落進(jìn)行計(jì)數(shù)，并計(jì)算空間細(xì)菌和病毒去除率。

測(cè)試結(jié)果表明（如圖4所示），在30 m空間內(nèi)，可見(jiàn)光光催化燈具具有突出的空間抗菌和抗病毒性能。其中，H1N1型流感病毒的空間去除率高達(dá)98.85%，而大腸桿菌、金黃色葡萄球菌以及白色葡萄球菌的去除率可分別達(dá)到85.99%、82.18%和83.54%。相同時(shí)間內(nèi)，該燈具的空間細(xì)菌與病毒消殺性能達(dá)到與空氣凈化器同等水平。

圖4 燈具的空間病毒和細(xì)菌去除率

3 除揮發(fā)性有機(jī)化合物性能

室內(nèi)的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）含量過(guò)高會(huì)引起人體免疫水平下降、危害人的消化系統(tǒng)，還會(huì)引發(fā)胃口不振、惡心嘔吐甚至致癌的風(fēng)險(xiǎn)。新裝修的房屋釋放大量甲醛于空氣中，對(duì)室內(nèi)空氣造成一定程度的污染。室內(nèi)凈化甲醛等VOC的凈化新技術(shù)已經(jīng)迫在眉睫。該試驗(yàn)參考《QB/T 2761-2006 室內(nèi)空氣凈化產(chǎn)品凈化效果測(cè)定方法》進(jìn)行，該燈具對(duì)甲醛去除率可按下式計(jì)算：=（C-）/C×100%，其中為去除率（%）；C為空白試驗(yàn)艙甲醛濃度（每mg/m）；C為樣品試驗(yàn)艙甲醛濃度（每mg/m）。經(jīng)過(guò)測(cè)試證明（如圖5所示），可見(jiàn)光光催化燈具具有明顯的甲醛去除效果，其去除率達(dá)到了86.1%。除此之外，該燈具還具有去除異味、臭味分子的優(yōu)異性能，氨氣和硫化氫的去除率高達(dá)85.1%和84.2%。此類(lèi)光催化燈具是空氣凈化器的高潛力替代產(chǎn)品，具有凈化效率高、成本低廉并節(jié)能等很多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

圖5 燈具的甲醛、氨氣和硫化氫去除率

4 釋放負(fù)氧離子性能

先通過(guò)負(fù)氧離子測(cè)試儀測(cè)試30 m空間的負(fù)氧離子濃度，此時(shí)室內(nèi)空氣中的負(fù)氧離子濃度為118個(gè)/cm。然后準(zhǔn)備一盞可見(jiàn)光光催化燈具，將其置于30 m空間中，點(diǎn)亮燈具，使用負(fù)氧離子測(cè)試儀測(cè)定室內(nèi)負(fù)氧離子濃度隨開(kāi)燈時(shí)間的變化。試驗(yàn)結(jié)果顯示（如圖6所示），開(kāi)燈后室內(nèi)的負(fù)氧離子濃度隨著照明時(shí)間的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在50 min后其負(fù)氧離子濃度達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，最高為3 275個(gè)/cm。根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)得室內(nèi)負(fù)氧離子濃度達(dá)到了鄉(xiāng)村田野空氣標(biāo)準(zhǔn)（1000個(gè)/cm～5000個(gè)/cm），具有增強(qiáng)人體免疫力、抗菌力的作用。

圖6 負(fù)氧離子濃度隨開(kāi)燈時(shí)間變化曲線(xiàn)

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，可見(jiàn)光光催化燈具對(duì)H1N1流感病毒空間去除率達(dá)98.85%，抗菌率（如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色葡萄球菌、李斯特氏菌以及鼠傷寒沙門(mén)氏菌等）高于99%，甲醛去除率達(dá)86.1%，氨氣和硫化氫去除率分別高達(dá)85.1%和84.2%?？沙掷m(xù)釋放負(fù)氧離子，有助于提高人體免疫力。此類(lèi)空氣凈化燈具可廣泛應(yīng)用于辦公、學(xué)校、商場(chǎng)、醫(yī)院和居民住宅等場(chǎng)所，以減輕室內(nèi)空氣污染物對(duì)人體的危害，改善辦公、學(xué)習(xí)以及家居生活環(huán)境。