淺談光催化功能材料在室內(nèi)空氣污染治理的現(xiàn)狀

陳亮明

摘 要：現(xiàn)階段，隨著居民生活水平的日益提高，空氣污染問(wèn)題被催生出來(lái)，越來(lái)越受到人們的關(guān)注和重視?；诖?，本文首先結(jié)合世界衛(wèi)生組織、國(guó)家疾病預(yù)防控制中心的調(diào)查數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)要闡述了室內(nèi)空氣污染的分類及其危害性；其后，圍繞發(fā)展歷程、材料分類、應(yīng)用方式等方面，重點(diǎn)分析了光催化功能材料在室內(nèi)空氣污染治理的發(fā)展現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：光催化功能材料；室內(nèi)空氣污染；紫外線；臭氧凈化法；光催化氧化燈

1 引言

人類平均每天在室內(nèi)工作、活動(dòng)和休息的時(shí)間超過(guò)18個(gè)小時(shí)，當(dāng)前大部分人的一天都是在辦公室、臥室等室內(nèi)空間度過(guò)的。但從當(dāng)前來(lái)看，我們所處室內(nèi)空氣環(huán)境的健康程度并不樂(lè)觀。伴隨著工業(yè)廢氣排放、裝修用料有害物質(zhì)超標(biāo)等負(fù)面化的情況，空氣污染已經(jīng)成為了危害人們身體健康的“隱形殺手”。

據(jù)WTO（世界衛(wèi)生組織）的有關(guān)調(diào)查報(bào)告顯示，室內(nèi)空氣污染已經(jīng)成為了人類健康的“主要?dú)⑹帧敝?，每年全球都?00余萬(wàn)人死于空氣污染，約占每年全球死亡人口過(guò)總數(shù)的八分之一。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在肺癌、缺血性心臟病、慢性阻塞性肺病、呼吸道疾病的患病致死人群中，分別有17%、15%、34%、37.5%的人死于室內(nèi)空氣污染。此外，據(jù)我國(guó)疾病預(yù)防控制中心的統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)每年有200萬(wàn)以上的青少年因室內(nèi)污染而染上呼吸系統(tǒng)疾病，其中半數(shù)為不足5歲的幼兒。由此可見(jiàn)，室內(nèi)空氣污染已經(jīng)成為了現(xiàn)代社會(huì)所必須去重視和解決的一大問(wèn)題。

鑒于此，我們有必要對(duì)光催化功能材料在室內(nèi)空氣污染治理領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析研究。

2 室內(nèi)空氣污染的相關(guān)概述

所謂“室內(nèi)空間”，主要包括居民住宅、辦公環(huán)境、學(xué)校、商場(chǎng)、交通工具內(nèi)部等一系列環(huán)境場(chǎng)所，對(duì)現(xiàn)代人來(lái)說(shuō)，其工作生活的大部分時(shí)間都是在室內(nèi)空間中度過(guò)的。由此可見(jiàn)，一旦因裝修材料質(zhì)量差、通風(fēng)不暢等原因發(fā)生室內(nèi)空氣污染量增高時(shí)，將會(huì)人們的身體健康造成極大影響。簡(jiǎn)單來(lái)講，室內(nèi)空氣污染可分為物理污染、化學(xué)污染、生物污染三種，其中以甲醛、苯、氨氣等物質(zhì)為主的化學(xué)污染是室內(nèi)空氣污染中危害性最強(qiáng)、含量最多的部分[1]。

3 光催化功能材料在室內(nèi)空氣污染治理領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年來(lái)，隨著我國(guó)居民生活水平、健康意識(shí)的不斷提升，加之傳統(tǒng)的活性炭吸附法、通風(fēng)法、臭氧凈化法等污染治理方法存在或多或少的技術(shù)缺陷（如表1），使得人們逐漸將視角轉(zhuǎn)向了“光催化”這一材料領(lǐng)域當(dāng)中，并進(jìn)行了一系列的科研開(kāi)發(fā)活動(dòng)。所謂光催化，即一些半導(dǎo)體材料經(jīng)過(guò)紫外線照射后，會(huì)生成具有強(qiáng)氧化能力的活性氧分子和羥基分子，這些分子進(jìn)入到空氣中后，會(huì)吸附大量的甲醛、氨氣、苯、氡氣等有害揮發(fā)性氣體，并將其氧化分解為水、氧氣、二氧化碳等無(wú)毒無(wú)機(jī)物，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣污染物的有效處理。在這一過(guò)程當(dāng)中，光催化材料本身無(wú)毒無(wú)害，且不會(huì)在氧化分解的過(guò)程中對(duì)空氣產(chǎn)生“二次污染”，故而受到了科研、工業(yè)、建筑、環(huán)保等多個(gè)業(yè)界領(lǐng)域的高度關(guān)注，被公認(rèn)為現(xiàn)代室內(nèi)空氣污染治理體系中最具潛力的治理技術(shù)之一。

現(xiàn)階段，人們研究開(kāi)發(fā)的光催化功能材料主要包括TiO2（二氧化鈦）、Fe2O3（氧化鐵）、CdS（硫化鎘）、ZnS（硫化鋅）、BiNbO4（鈮酸鉍）等，其中二氧化鈦以其高水平的穩(wěn)定性和活性特點(diǎn)，得到了最為廣泛的研究和應(yīng)用。其具體的氧化分解方式為：當(dāng)二氧化鈦在接收到太陽(yáng)照射后，其電子會(huì)被激發(fā)躍遷為帶有負(fù)電荷的高活性電離子e-和帶有正電荷的空穴h+。其后，分布在二氧化鈦表面的h+可以將吸附在二氧化鈦表面的OH-（氫氧根）和水分子分解轉(zhuǎn)化為·OH（羥基）。同時(shí)，空氣或水分中的氧分子與電離子e-相遇，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為氧化物自由基·O2-。這樣一來(lái)，由于·OH、·O2-具有極強(qiáng)的氧化活性，進(jìn)而進(jìn)一步破壞污染物中的C-C鍵、C-H鍵、C-O鍵、N-H鍵等，將其降解轉(zhuǎn)化成二氧化碳、水等無(wú)污染性化學(xué)物質(zhì)。

但從當(dāng)前來(lái)看，由于我國(guó)光催化功能材料研發(fā)工作的開(kāi)展時(shí)間較短，二氧化鈦的實(shí)際應(yīng)用仍存在一定的瓶頸和限制，即二氧化鈦的氧化功能只能被紫外光激活，而在室內(nèi)環(huán)境所接收到的太陽(yáng)光光譜當(dāng)中，紫外光的占比不足二十分之一，這就使得二氧化鈦在現(xiàn)實(shí)生活中的可利用性較低，且無(wú)法應(yīng)用于光纖微弱環(huán)境中的室內(nèi)空氣污染治理。為了解決上述問(wèn)題，主要可采取兩種技術(shù)途徑：第一，對(duì)二氧化鈦的性質(zhì)進(jìn)行技術(shù)修改，在保留其物理、化學(xué)穩(wěn)定性以及功能活性等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將其光催化效應(yīng)的發(fā)生波長(zhǎng)調(diào)整至日常的可見(jiàn)光波段；第二，在進(jìn)行二氧化鈦、硫化鋅等現(xiàn)有光催化功能材料的同時(shí)，尋找、研制和開(kāi)發(fā)與太陽(yáng)光匹配度更高的新型催化功能劑[2]。

此外，在室內(nèi)空氣治理方面，我國(guó)光催化功能材料領(lǐng)域近幾年取得了較好的突破發(fā)展。以深圳為例：2012年，深圳能源集團(tuán)在工程用應(yīng)用了門德科技公司生產(chǎn)的納米氧化鈦覆膜空氣過(guò)濾系統(tǒng)，在保證控溫、控濕等室內(nèi)空氣基礎(chǔ)處理的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)化、高效化的空氣污染消毒效果；2015年，深圳市海德隆光電科技有限公司經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研發(fā)，制成了以人工紫外線燈管為催化能源的光催化氧化燈，并將其投入到了倉(cāng)庫(kù)、冷庫(kù)、煉油廠、化工廠等區(qū)域的室內(nèi)空氣凈化工作中，取得了良好的有毒有害廢臭氣體降解效果。由此可見(jiàn)，光催化功能材料在我國(guó)的發(fā)展前途極為光明。

4 總結(jié)

總而言之，將光催化功能材料應(yīng)用到室內(nèi)空氣污染治理領(lǐng)域當(dāng)中，是提升社會(huì)居民生活質(zhì)量、降低呼吸道疾病發(fā)生幾率的必要途徑。由此可見(jiàn)，通過(guò)分析當(dāng)前我國(guó)乃至世界范圍內(nèi)室內(nèi)空氣污染的危害程度，我們可以清晰地了解到室內(nèi)空氣污染治理的重要作用和迫切需求。其后，通過(guò)進(jìn)一步了解光催化功能材料的發(fā)展歷程和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，分析以二氧化鈦為代表的光催化功能材料的研發(fā)問(wèn)題和應(yīng)用方向，有助于我們更好地認(rèn)識(shí)光催化功能材料的發(fā)展必要性。最后，相信隨著社會(huì)科技水平的不斷提升以及人們室內(nèi)環(huán)境意識(shí)的日益增強(qiáng)，光催化功能材料勢(shì)必會(huì)享有更大的發(fā)展空間和治理效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉玥，趙來(lái)群，鄭慧凡.光催化氧化技術(shù)在室內(nèi)空氣污染治理中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].河南化工，2017（9）：7～9.

[2] 劉登云，陳仕陸，盧小海，楊淵.淺談我國(guó)室內(nèi)空氣污染現(xiàn)狀及治理[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（28）：174～175.