如何提高光觸媒在室內(nèi)空氣治理中的實(shí)際應(yīng)用效果

摘 要 納米級(jí)Ti02光觸媒在環(huán)境保護(hù)方面得到了廣泛的應(yīng)用前景，在中國(guó)受到了廣大消費(fèi)者的高度重視，但實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)治理效果不甚理想，本文詳細(xì)介紹了光觸媒如何在實(shí)際操作過(guò)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(hào) X788 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)052-0092-02

1 概述

1.1 時(shí)代背景

由中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)室內(nèi)環(huán)境與健康分會(huì)、清華大學(xué)建筑學(xué)院、北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院、氣候組織和朗詩(shī)集團(tuán)聯(lián)合發(fā)起，對(duì)長(zhǎng)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(jìn)行了采樣及檢測(cè)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(jī)化合物（簡(jiǎn)稱TVOCs）普遍超標(biāo)，在上海、蘇州、南京、武漢、重慶、成都6座大中城市中，苯的超標(biāo)率相對(duì)較低，只有成都超過(guò)了10%，其他5個(gè)城市此項(xiàng)指標(biāo)均在5%以下。甲苯的超標(biāo)率最高，南京此項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)率高于70%，其次是重慶，達(dá)65%。二甲苯的超標(biāo)率僅次于甲苯，南京該項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)率高于60%，成都次之，達(dá)到50%。此外，甲醛指標(biāo)超標(biāo)率也比較高，最高值同樣出現(xiàn)在南京，超過(guò)40%。

溫州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)院2009年受理102戶委托新房室內(nèi)空氣檢測(cè)檢測(cè)甲醛、苯、甲苯、二甲苯、TVOCs，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有82戶新房?jī)?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(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有142戶新房?jī)?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(duì)人體造成了巨大的傷害，清華大學(xué)教授張寅平表示，如TVOCs對(duì)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(guò)呼吸道、消化道和皮膚進(jìn)入人體而產(chǎn)生危害，引起哮喘等疾病。因?yàn)閮和刻煸诩視r(shí)間平均為6-18小時(shí)，遠(yuǎn)高于成年人在家時(shí)間，從而引發(fā)的兒童哮喘問(wèn)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(yán)重危害人體健康，尤其是對(duì)老弱病殘危害尤為嚴(yán)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(guò)程中因?yàn)楫a(chǎn)品本身的性質(zhì)與實(shí)際操作過(guò)程中的不規(guī)范與不合理造成實(shí)際治理效果不是很明顯，一直困擾著各個(gè)治理公司。本文著重介紹產(chǎn)品在實(shí)際治理應(yīng)用過(guò)程中的各個(gè)細(xì)節(jié)，以提升實(shí)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(xué)能，促進(jìn)有機(jī)物的合成或使有機(jī)物降解的物質(zhì)，其過(guò)程就是光觸媒技術(shù)。這一過(guò)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(dǎo)體氧化物都有一定的光催化降解有機(jī)物的活性并且穩(wěn)定、無(wú)毒。因其中大多數(shù)易發(fā)生化學(xué)或光化學(xué)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(yīng)。根據(jù)該效應(yīng)，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(guó)內(nèi)的最高獎(jiǎng)）。

納米級(jí)TiO2光觸媒主要有最初級(jí)的光觸媒產(chǎn)品與復(fù)合納米TiO2光觸媒產(chǎn)品。最初級(jí)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(guò)程中需要增加一定的分散劑，以達(dá)到分散的穩(wěn)定性。但是在實(shí)際應(yīng)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(zhǎng)小于380納米的紫外線才能激發(fā)，故使得對(duì)太陽(yáng)光的利用率較低，凈化功效只能是在強(qiáng)太陽(yáng)光的情況下才能發(fā)揮，在實(shí)際的室內(nèi)空氣治理過(guò)程中往往需要使用254納米波長(zhǎng)的紫外燈管進(jìn)行照射，光激發(fā)產(chǎn)生的電子與空穴很容易重新復(fù)合，導(dǎo)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(kuò)大光譜響應(yīng)范圍、減少電子與空穴的復(fù)合，人們對(duì)TiO2催化劑表面進(jìn)行了改性研究，如金屬離子摻雜、半導(dǎo)體復(fù)合、半導(dǎo)體的光敏化、半導(dǎo)體表面貴金屬沉積等，其中在金屬離子摻雜和半導(dǎo)體復(fù)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(fù)合光觸媒產(chǎn)品。

光觸媒產(chǎn)品在中國(guó)尚屬發(fā)展期，還有待成熟，中國(guó)抗菌制品行業(yè)協(xié)會(huì)也正在制定相應(yīng)的光觸媒產(chǎn)品的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，所以該類初級(jí)的光觸媒產(chǎn)品目前在國(guó)內(nèi)還較為普遍；但隨著國(guó)內(nèi)光觸媒技術(shù)的不斷發(fā)展新一代的納米Ti02復(fù)合光觸媒產(chǎn)品也開(kāi)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(jī)理是由于TiO2電子結(jié)構(gòu)所具有的特點(diǎn)，納米光觸媒在光照射下，價(jià)帶電子被激發(fā)到導(dǎo)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(xué)活潑性很強(qiáng)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(qiáng)的氧化分解能力，能破壞有機(jī)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(jī)物為二氧化碳與水；同時(shí)破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜固化病毒的蛋白質(zhì)，改變細(xì)菌，病毒的生存環(huán)境從而殺死細(xì)菌、病毒。

2.2 光觸媒產(chǎn)生作用的關(guān)鍵步驟

增強(qiáng)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(yīng)平衡移動(dòng)速度，具體按施工過(guò)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(duì)施工表面進(jìn)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(guò)清潔時(shí)調(diào)整家具等擺設(shè)位置，來(lái)增加施工表面，來(lái)擴(kuò)大室內(nèi)空氣與光觸媒的實(shí)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(qiáng)整體的治理效果。在清潔過(guò)后施工時(shí)應(yīng)在光觸媒中加入相應(yīng)的相溶劑和分散劑，以增強(qiáng)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(qiáng)治理效果與降低光觸媒的使用量。

2）施工過(guò)程中，施工過(guò)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(kāi)啟熱風(fēng)，用玻璃板試噴，調(diào)整合適的口徑、流量與施工距離后開(kāi)始施工。通過(guò)合適的口徑提升施工的分散性度與噴涂壓力，增強(qiáng)施工均勻度與光觸媒附著力；通過(guò)高壓泵爭(zhēng)強(qiáng)光觸媒的噴出壓力，提高附著力；通過(guò)開(kāi)啟熱風(fēng)提光觸媒的分散性與可通過(guò)性，防止光觸媒堵塞噴槍與增強(qiáng)光觸媒的附著力。

3）施工后保養(yǎng)：打開(kāi)門與窗戶或打開(kāi)排風(fēng)與新風(fēng)機(jī)，以排除室內(nèi)空氣與引入新風(fēng)源，引導(dǎo)光催化反應(yīng)的平衡向右邊移動(dòng)，加速有害物質(zhì)的分解，增強(qiáng)治理效果；開(kāi)啟紫外光源增強(qiáng)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(duì)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(dāng)造成脫落，影響治理的長(zhǎng)期有效性。

2.3 實(shí)際治理效果對(duì)照

因房間不確定因數(shù)較多，而且沒(méi)步驟牽涉情況較為復(fù)雜，所以在對(duì)溫州市某單位的同類源三十幾個(gè)房間取8個(gè)房間同時(shí)進(jìn)行TVOCs項(xiàng)目對(duì)比實(shí)驗(yàn)，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(fēng)與試施工；施工后主要是打開(kāi)門、開(kāi)窗、開(kāi)紫光燈與防塵，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表所示。

3 小結(jié)

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

參考文獻(xiàn)

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