光催化技術在室內空氣凈化中的應用

曾 曜

重慶市大渡口區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站

光催化技術在室內空氣凈化中的應用

曾 曜

重慶市大渡口區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站

隨著經濟的不斷發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，但是室內環(huán)境問題也逐漸增多。光催化技術是新興的污染治理技術，具有效率高、反應條件溫和等優(yōu)點。本文就室內空氣污染物類型、光催化技術及其在室內空氣凈化中的應用做了簡要分析。

光催化技術；室內空氣凈化；TiO2

1 概述

隨著社會的不斷進步，人們生活水平也在提升，因此對于居住的環(huán)境安全要求更加嚴格。特別是對于室內的裝修來講，是現(xiàn)代居民關注的重點。由于很多油漆物、裝飾的原料都含有大朗的化學元素，不僅對空氣存在污染，還嚴重影響了居住者的身體健康。我們最熟悉的當屬甲醛、苯、汞、鉛這些類。它們在空氣里都非常容易揮發(fā)，人一旦吸入就會嚴重破壞掉呼吸以及神經系統(tǒng)，甚至會造成死亡。因此，我們必須重視室內的環(huán)境凈化，使安裝工作不會影響到人的身體健康。

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

2 室內空氣污染物的來源

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

3 光催化技術

3.1 光催化技術相對于過濾、吸附等其它技術具有以下優(yōu)點

(1)反應條件溫和，在常溫常壓下進行;

(2)反應速率快，所需時間短;

(3)能將大部分有機污染物降解為小分子物質。

3.2 基本原理

光催化基本原理是具有理論性質的光生電子-空穴理論，其中，研究最多的是以半導體當做催化劑。以TiO2為例；期具有不連續(xù)的能帶結構，它由高能導帶和低能價帶共同組成，而禁帶指的是介于導帶和價帶之間的區(qū)域，寬度Eg=3.2eV。而就以這個標準為例，當波長小于380nm照射TiO2表面時，價帶電子會吸收能量，這樣就會產生躍遷現(xiàn)象，等到了導帶之后就會導致價帶空穴，最終形成電子-空穴對。而且當這樣的情況如果時間足夠長，一般都是選擇用高能量電子可以當做還原劑，反之，如果電子低的空穴則作為氧化劑，當它與TiO2表面吸附的污染物發(fā)生氧化還原反應的時候，達到對污染物的處理，使其降解為水和CO2

大量研究表明，光催化劑在對苯、甲醛類污染物降解方面有巨大的應用前景。如，有利用直通孔的多層結構蜂窩狀整體凈化網，主要由支撐體、活性炭和TiO2光催化劑組成，經過實踐應用表明，對甲苯、甲醛以及氨的凈化都超過95%，效果非常好。

4 應用

4.1 涂料方面

目前，針對國內的納米TiO2應用研究，主要集中在復合涂料的室內應用。依照可靠的實驗測試表明：納米涂料能有效地分解室內的有機污染物，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，并且不會產生二次污染。為了提高涂料在使用整體的性能，可以選擇加入納米材料，而且還能夠拓展實際的功效，比如在遇到其它影響可以提升自我修復的能力。此外，隨著人們對紫外線的益處以及危害認識的全面性，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，可以抵擋紫外線當中有害物質，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，具有非常強大的防污的效果，通過光的照射，對其進行分解聚積于涂料表面的有機物，將表面吸附的灰塵除去；由于納米TiO2具有超親水性，在涂料表面就會形成一層水膜，這樣油性物質也不容易在表面堆積，使涂料具有長期的耐沾污性。

4.2 凈化器

雖然說納米TiO2光催化優(yōu)點很多：還原性強、凈化效果徹底等。但是還是會受到污染物的影響，比如當其濃度較低的時候，就會催生有害體，不利于到整個室內的凈化。室內空氣中揮發(fā)性污染氣體繁雜，而且相對來講濃度不高，如果直接將光催化技術應用到空氣凈化器中不但沒有產生處理效果，還會造成一定的危害。目前，我國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因為操作的問題，生成有害的氣體，但是吸附力強是它最大的特點。所以，為了更好地處理室內的空氣凈化，需要將納米技術光催化以活性炭吸附科學的結合，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，通過一定方式的復合，可以顯著提高TiO2對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物分解為CO2和H2O，有利于活性炭再生，而且針對處理慢的問題也可得到有效的解決。因此，產生了活性炭-納米TiO2光催化室內空氣凈化器。

5 結語

隨著科技的不斷進步，利用TiO2制成的凈化涂料，能夠避免傳統(tǒng)裝修物質的侵害，對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)出的強氧化性，使得該技術在各種空氣凈化技術中成為主流的研究發(fā)展方向。目前，各國也在研究將TiO2作為功能體復合到涂料等材料中，利用其良好的綜合性能，發(fā)揮多功能效應，可成為生活環(huán)境中起長期凈化作用的環(huán)保材料。

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