納米光催化技術(shù)在大氣污染治理中的應(yīng)用

李東東　宋媛媛

摘 要：現(xiàn)如今，環(huán)境污染問題已成為全球性的問題，加大環(huán)境保護(hù)力度，促進(jìn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展是世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要手段。大氣污染作為環(huán)境污染中的一種，加大大氣污染的治理力度，緩解溫室效應(yīng)給社會(huì)發(fā)展帶來的難題，有利于實(shí)現(xiàn)和諧社會(huì)的建設(shè)?；诖耍恼轮饕獙?duì)納米光催化技術(shù)進(jìn)行了分析，并對(duì)其在大氣污染治理中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，以供相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：納米光催化技術(shù)；大氣污染；治理應(yīng)用

納米光催化技術(shù)在大氣污染中的應(yīng)用，可以提高大氣污染的治理水平。由于納米光催化技術(shù)的光敏效果較好，容易達(dá)到其反應(yīng)條件，效率高，對(duì)環(huán)境及人體具有無害的特點(diǎn)，所以，納米光催化技術(shù)已成為當(dāng)前社會(huì)最先進(jìn)的空氣凈化技術(shù)。對(duì)納米光催化技術(shù)進(jìn)行分析與研究，充分了解其在大氣污染治理中的應(yīng)用，有利于解決我國嚴(yán)重的霧霾問題，優(yōu)化人們的生活環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

一、納米光催化技術(shù)理論

太陽能作為“取之不盡，用之不竭”的清潔能源之一，在能源短缺和環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的今天，其有效利用顯得尤為重要。而光催化污染物降解技術(shù)既能充分利用太陽能，又能解決大氣污染物的處理難題。納米光催化技術(shù)作為一種新型的大氣污染物治理方法，在大氣污染控制方面具有巨大的應(yīng)用潛力。與傳統(tǒng)的物理吸附法（活性炭）相比，利用納米光催化技術(shù)凈化空氣具有以下優(yōu)勢(shì)：催化降解反應(yīng)可以在常溫常壓下進(jìn)行；操作簡(jiǎn)便；在太陽光的激發(fā)下，能有效去除大氣中的污染物如NOx和VOCs，不會(huì)造成二次污染。

光催化技術(shù)理論主要基于“Fu-jishima-Honda”效應(yīng)，20世紀(jì)70年代后期，F(xiàn)rank和Bard關(guān)于水中氰化物在TiO2表面的光分解研究及Carey等關(guān)于多氯聯(lián)苯在TiO2紫外光下的降解研究，極大推動(dòng)了光催化技術(shù)在環(huán)境污染治理方面的研究。半導(dǎo)體材料的催化氧化機(jī)理如下：當(dāng)能量大于禁帶寬度的光照射半導(dǎo)體催化劑時(shí)，價(jià)帶（va-lence band，VB）上的電子被激發(fā)，躍過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶（conduction band，CB），而在價(jià)帶上產(chǎn)生與電子（）對(duì)應(yīng)的空穴（），即產(chǎn)生自由電子-空穴對(duì)，活潑的電子、空穴在電場(chǎng)作用下可以分別從半導(dǎo)體的導(dǎo)帶、價(jià)帶遷移至半導(dǎo)體/吸附物界面，而且躍過界面，使被吸附物還原和氧化；同時(shí)也存在著電子、空穴的復(fù)合。價(jià)帶空穴（）將吸附的H2O氧化為羥基自由基（），導(dǎo)帶電子（）將空氣中的O2還原為超氧自由基（）。這兩個(gè)自由基（），是降解污染物的關(guān)鍵活性基團(tuán)。其反應(yīng)原理如下：

二、納米光催化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

納米光催化技術(shù)在大氣污染治理中的應(yīng)用比較廣泛，TiO2作為應(yīng)用效果較好的光催化劑，具有較好的抗酸堿性、耐光腐蝕性，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性較好，來源豐富，能源較大，具有產(chǎn)生的光生電子和空穴的電勢(shì)電位較高等優(yōu)勢(shì)。但是，在實(shí)際的納米光催化技術(shù)應(yīng)用過程中，容易受到催化劑、有機(jī)物濃度的影響。因此，在大氣污染治理過程中，相關(guān)人員應(yīng)重視這些因素對(duì)光催化技術(shù)的影響。

（一）催化劑對(duì)納米光催化技術(shù)的影響。納米光催化技術(shù)的原理，是利用催化劑凈化大氣的。在反應(yīng)過程中，催化劑的表面積、粒徑等等，都會(huì)影響納米光催化反應(yīng)。如：當(dāng)催化劑的粒徑不斷縮小時(shí)，溶液中的單位質(zhì)量粒子就會(huì)增多，雖然光的吸附效率有所增加，但是，光吸收不易飽和；當(dāng)催化劑系統(tǒng)的表面積增加時(shí)，就意味著催化劑參加反應(yīng)的面積增大，有利于催化反應(yīng)的進(jìn)行，反之，則不利于催化反應(yīng)的進(jìn)行。另外，催化劑的表面羥基及混晶效應(yīng)，也是影響納米光催化反應(yīng)的另一因素。

（二）光源與光強(qiáng)對(duì)大氣污染的影響。納米光催化技術(shù)常用的光源有黑光燈、高低壓汞燈、紫外燈、殺菌燈等，波長在200-400nm的范圍內(nèi)。一般情況下，在納米光催化反應(yīng)過程中，其光的強(qiáng)度越強(qiáng)，催化反應(yīng)速度就會(huì)逐漸趨于常數(shù)，但是，光量子效率則會(huì)隨著光強(qiáng)度的變化而變化。此外，PH值不同，外加助催化劑及無機(jī)鹽等等，在一定程度上也會(huì)影響納米光催化技術(shù)的反應(yīng)。

三、納米光催化大氣污染控制技術(shù)與其他技術(shù)的聯(lián)用

（一）室內(nèi)污染控制與通風(fēng)技術(shù)。目前常用室內(nèi)環(huán)境凈化與通風(fēng)技術(shù)有主動(dòng)式和被動(dòng)式2種。前者是將室內(nèi)環(huán)境凈化裝置與機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來成為一個(gè)整體，而后者采用空氣凈化過濾器結(jié)合自然通風(fēng)系統(tǒng)。這兩種技術(shù)均涉及高效通風(fēng)技術(shù)，前者主要針對(duì)外源性污染，可采用高效低阻過濾的方式；而后者主要針對(duì)內(nèi)源式污染，比較有效的方式為各種室內(nèi)凈化技術(shù)。目前主要通風(fēng)方式包括混合通風(fēng)、置換通風(fēng)和個(gè)性化送風(fēng)?；旌贤L(fēng)和置換通風(fēng)均以營造室內(nèi)可感風(fēng)環(huán)境為目的，若將空調(diào)設(shè)定溫度調(diào)高必然會(huì)引起室內(nèi)人員熱舒適性的降低；個(gè)性化送風(fēng)由于其實(shí)際使用中制約較多，在實(shí)際工程中較少。

（二）過濾技術(shù)。過濾技術(shù)主要包括納米纖維過濾技術(shù)、光催化纖維過濾技術(shù)、膜過濾技術(shù)。納米纖維過濾技術(shù)具有一定梯度結(jié)構(gòu)的復(fù)合過濾材料可大大提高過濾性能，已用于室內(nèi)空氣凈化、水體有機(jī)物凈化等領(lǐng)域，有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工程化應(yīng)用；納米光催化技術(shù)是一種新型的處理大氣污染物的方法，在大氣污染控制方面具有巨大的應(yīng)用潛力。

四、結(jié)語

在大氣污染治理過程中，單獨(dú)利用納米光催化技術(shù)的效果并不是特別明顯，因此，在治理大氣污染過程中，相關(guān)人員應(yīng)將納米光催化技術(shù)與其他先進(jìn)的大氣凈化技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，提高大氣污染治理效果，保證人們生活健康。

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