淺析光觸媒材料在室內(nèi)裝飾裝修中的應(yīng)用

摘? ? 要：多年來，綠色環(huán)保已深入到大眾的自覺意識(shí)中，裝飾裝修引起的室內(nèi)空間污染也已引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。關(guān)于室內(nèi)裝修裝飾污染物的研究也在不斷深入，許多專家對(duì)次污染源污染物進(jìn)行了大量的研究，并且在污染的預(yù)防以及污染后的治理方面進(jìn)行了大量研究.目前研究人員已經(jīng)發(fā)明了多項(xiàng)凈化設(shè)備以及綠色環(huán)保裝飾材料，在施工時(shí)與綠色室內(nèi)設(shè)計(jì)相結(jié)合，給人一種全新的裝修體驗(yàn)。然而當(dāng)前這種新的裝修模式還處在初級(jí)階段，許多方法仍在摸索之中。在新材料與室內(nèi)裝修結(jié)合的應(yīng)用實(shí)踐中還存在一定的盲目性以及方法的不完善。本文分析了如何將新型光觸媒材料與室內(nèi)裝飾相結(jié)合來營(yíng)造綠色室內(nèi)環(huán)境，對(duì)于室內(nèi)環(huán)境的健康來說非常重要。

關(guān)鍵詞：光觸媒材料;室內(nèi)裝修;綠色技術(shù)

1? 引言

由于人們大部分時(shí)間都在室內(nèi)度過，因此室內(nèi)環(huán)境的質(zhì)量對(duì)人體健康影響很大。過去，中國(guó)的室內(nèi)裝飾裝修主要基于用戶的個(gè)人審美觀、功能特征和經(jīng)濟(jì)利益。長(zhǎng)期以來由于裝飾材料引起的有害氣體對(duì)健康的影響常常被忽略，醫(yī)學(xué)上發(fā)現(xiàn)了很多與呼吸相關(guān)疾病、皮膚疾病，、血液疾?。ò籽。瑪⊙Y）以及其他嚴(yán)重疾病的患者，癌癥患者數(shù)目也在不斷增加。這其中很大部分是由于家庭裝修造成的居住環(huán)境污染所致?，F(xiàn)如今，無論是普通個(gè)體還是相關(guān)部門都已經(jīng)開始認(rèn)識(shí)到研究和解決室內(nèi)裝飾造成的環(huán)境污染的緊迫性、必要性?？沙掷m(xù)發(fā)展已成為當(dāng)今國(guó)際社會(huì)的共識(shí)，它是人與自然的和諧共存的基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)室內(nèi)裝修的可持續(xù)發(fā)展，就是將技術(shù)與藝術(shù)完美的結(jié)合在一起，這也是打造綠色室內(nèi)空間的必然趨勢(shì)。綠色室內(nèi)空間已成為綠色建筑行業(yè)中的中心問題，也是綠色室內(nèi)裝修行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要紐帶。綠色室內(nèi)裝飾裝修藝術(shù)與技術(shù)的結(jié)合必須包括三個(gè)方面：一是改變裝飾裝修施工中的傳統(tǒng)觀念;二是貫徹綠色室內(nèi)生態(tài)設(shè)計(jì)原則;三是將生態(tài)美學(xué)融入其中。綠色概念，綠色材料和室內(nèi)裝飾的結(jié)合是當(dāng)今設(shè)計(jì)師正在積極探索的新課題。中國(guó)許多相關(guān)專家學(xué)者對(duì)室內(nèi)污染問題進(jìn)行了大量研究和創(chuàng)新，致力于污染后的處理，開發(fā)了各種環(huán)保材料和凈化設(shè)備。但對(duì)于很多非專業(yè)人士或一般家庭而言，這些發(fā)明和開發(fā)的產(chǎn)品既不為人所理解還十分昂貴。由于許多污染物本身是無色無味的，很容易被忽略，解決室內(nèi)污染問題目前實(shí)施起來仍然困難重重。新型光觸媒裝飾材料是一種無污染且持久的裝飾材料，可以降低裝飾性家具材料造成的污染[1]。將光觸媒技術(shù)與室內(nèi)裝修技術(shù)相結(jié)合，可以有效地改善室內(nèi)空氣環(huán)境，消除污染，保護(hù)人體健康，避免不合格的裝修材料給人們帶來危害，使室內(nèi)裝飾裝修達(dá)到可持續(xù)發(fā)展和再生、安全、健康、簡(jiǎn)單和舒適的標(biāo)準(zhǔn)和原則。

2? 光觸媒類材料簡(jiǎn)介

光觸媒是一種以納米級(jí)二氧化鈦（TiO2）為代表的具有光催化功能的半導(dǎo)體材料。由于可見光的作用，納米二氧化鈦光催化劑激發(fā)自由電子，產(chǎn)生能級(jí)躍遷，并形成具有超氧化能力的空穴和具有超還原能力的電子。一方面由電子對(duì)與表面和空氣中的有機(jī)物、空穴相結(jié)合，可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成水、二氧化碳以及其他無害物質(zhì)。另一方面空穴、電子對(duì)與水相結(jié)合，可以生成多種活性基團(tuán)，如羥基自由基、高活性氧等等，產(chǎn)生的活性氧還可以循環(huán)再生[2]活性基團(tuán)具有強(qiáng)氧化性，一方面可以氧化、破壞微生物細(xì)胞，另一方面可以降解和氧化化學(xué)污染物，所以光觸媒材料不僅能夠清潔環(huán)境，還能起到抑菌殺菌的作用。

光觸媒裝飾材料將光觸媒這種光催化劑加入涂料中，可噴涂在各種家具，裝飾墻、地板、天花板和其他裝飾材料上。涂層本身對(duì)甲醛的分解有重要影響，研究發(fā)現(xiàn)光觸媒材料對(duì)甲醛的分解率能達(dá)到80%。另外，納米級(jí)TiO2本身是一種幾乎污染的天然材料，可以噴涂到各種裝飾材料的表面而不會(huì)損壞材料本身。TiO2本身不參與分解反應(yīng)，僅提供反應(yīng)的條件和位置，它可以重復(fù)不斷地發(fā)揮其降解性，并且可以持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。這是當(dāng)今控制室內(nèi)空氣污染的比較理想方法，它可以發(fā)揮滅菌、消毒、無污染，經(jīng)濟(jì)、耐用等多重功效。

3? 光觸媒類材料的綠色性能

3.1? 滅菌殺毒功能

日本、美國(guó)和德國(guó)等國(guó)家和地區(qū)目前都在大力投資研究光觸媒材料。先前的研究表明，光催化具有處理幾乎所有污染物的能力。光觸媒材料在室溫和常壓光源的照射下可以將各種有機(jī)污染物分解成無害物質(zhì)。TiO2的超氧化能力會(huì)破壞細(xì)胞的細(xì)胞膜，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)損失并導(dǎo)致細(xì)菌死亡。它還可以凝結(jié)病毒蛋白并抑制病毒活性，達(dá)到99.96%的殺毒滅菌效率。它還可以殺死大腸桿菌，銅綠假單胞菌，金黃色葡萄球菌，黑曲霉和其他細(xì)菌。除此之外光觸媒材料可以分解空氣中的過敏源，減少過敏性疾病和哮喘，分解細(xì)菌而不損害皮膚。同時(shí)，它還可以防止霉菌和藻類的形成，并防止水垢的附著，特別適合南方的潮濕環(huán)境。居住環(huán)境中的氣味主要是有機(jī)溶劑產(chǎn)生的，例如油漆中的有機(jī)溶劑、香煙氣味、馬桶氣味、動(dòng)物氣味等含氮有機(jī)氣體。有機(jī)物中的碳基極容易與納米TiO2反應(yīng)，并且很容易分解成CO2和H2O[3]。

3.2 自凈功能

日常生活中使用的家具經(jīng)常會(huì)受到灰塵、油漬和濕氣的影響，并且細(xì)菌會(huì)在家具表面?zhèn)鞑?，通過常規(guī)擦拭將其完全清除是不可能的。在氣流的影響下居住者也會(huì)不自覺的將灰塵吸入體內(nèi)，影響人類健康。由于納米二氧化鈦涂層的超親水性，可以在玻璃、陶瓷和瓷磚的表面上涂覆一層防霧涂層。同時(shí)，由于其超強(qiáng)的氧化作用，它在室溫下可以氧化表面的油和污染物，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清潔功能，并抑制有害物質(zhì)的擴(kuò)散。

3.3? 經(jīng)濟(jì)性能

TiO2是一種氧化物半導(dǎo)，是一種基礎(chǔ)化學(xué)原料，由于它的制備成本低，并且容易獲得，因此產(chǎn)量很高。另一方面，光催化劑的催化反應(yīng)可以在室溫下進(jìn)行，可以以室內(nèi)日光、照明、紫外線燈和室內(nèi)環(huán)境濕度為直接的反應(yīng)條件，不再需要其他成本。因此，使用光觸媒材料進(jìn)行裝飾裝修也具有很好的經(jīng)濟(jì)性能。

4? 室內(nèi)光觸媒凈化方式淺析

4.1? 主動(dòng)凈化方式

主動(dòng)凈化方式是說在空氣凈化器中應(yīng)用光觸媒材料，這樣可以置換室內(nèi)的空氣，為室內(nèi)打在安全健康的空氣環(huán)境，最后達(dá)到綠色環(huán)保的室內(nèi)環(huán)境效果。主動(dòng)凈化方式主要是通過在通風(fēng)不良、封閉、裝修中、或照明不足的室內(nèi)環(huán)境中安裝凈化裝置來進(jìn)行主動(dòng)凈化。造成這些現(xiàn)象的主要原因是對(duì)節(jié)能的要求過高，建筑物過于封閉，空調(diào)空間太小，缺乏單一的空調(diào)系統(tǒng)和維護(hù)，外部空氣供應(yīng)不足，空氣流動(dòng)組織不合理以及裝修的普及等等。因此上述環(huán)境中需要的是光觸媒凈化系統(tǒng)中的主動(dòng)凈化系統(tǒng)。當(dāng)前，有六個(gè)國(guó)際空氣凈化器性能評(píng)估指標(biāo)，分別是額定風(fēng)量、去除污染物的類型、潔凈空氣量、使用時(shí)噪聲、使用壽命和其他安全指標(biāo)。其中最重要的是潔凈空氣量，潔凈空氣量是與室內(nèi)空氣清潔器產(chǎn)品的使用特性相關(guān)的性能指標(biāo)，可以反映其凈化能力，單位是立方米/小時(shí)。潔凈空氣量的比例越高，表示空氣凈化的效率就越高。光觸媒材料的生產(chǎn)成本便宜且可持續(xù)，因此非常適合在凈化設(shè)備中廣泛使用，并且具有廣闊的發(fā)展前景。這也進(jìn)一步鼓勵(lì)消費(fèi)者選擇包含此類材料的凈化器，在使用這種凈化方式時(shí)，雖然能夠使室內(nèi)的空氣污染得到有效治理，但是沒有從根源上解決問題。如果室內(nèi)的裝飾裝修方面沒有加以重視，就會(huì)源源不斷的產(chǎn)生污染物，這顯然不符合綠色室內(nèi)裝修的理念，也就無法從根本上解決室內(nèi)裝修的空氣污染問題。

4.2? 被動(dòng)凈化方式

被動(dòng)凈化方式的定義是相對(duì)于主動(dòng)凈化而來的。被動(dòng)凈化產(chǎn)品主要是含有光觸媒凈化有害物質(zhì)的噴涂化學(xué)藥劑，或者是用光觸媒材料設(shè)計(jì)制造的用于凈化室內(nèi)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的裝飾品。對(duì)于主動(dòng)凈化方式而言，該凈化方式是相對(duì)被動(dòng)的。凈化的目的是在不使用常規(guī)化學(xué)手段、不產(chǎn)生二次污染、不消耗化學(xué)資源的情況下，將這種無害且無毒的光觸媒被動(dòng)凈化產(chǎn)品和室內(nèi)裝飾巧妙地結(jié)合在一起，再將取之不盡的“光能”納入室內(nèi)設(shè)計(jì)和裝修之中。被動(dòng)凈化方式主要基于室內(nèi)環(huán)境條件的專家評(píng)估，室內(nèi)光觸媒噴涂操作也需要根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，因此在室內(nèi)裝飾時(shí)合理地使用包含光觸媒的建筑裝飾材料，可以實(shí)現(xiàn)被動(dòng)凈化。光觸媒裝飾材料應(yīng)用于室內(nèi)裝飾裝修中，不僅僅具有凈化空氣的功能，更為能美化室內(nèi)空間，為房間增添更多藝術(shù)氣息。因?yàn)楣庥|媒材料是無色無味的，經(jīng)過鍍膜以后可以充分的發(fā)揮材料的藝術(shù)性，材料本身的色調(diào)和美觀也不會(huì)受到影響。

5? 室內(nèi)裝飾裝修中應(yīng)用光觸媒的原則

從環(huán)境保護(hù)的角度來看，光觸媒材料在綠色室內(nèi)建筑中的應(yīng)用具有相應(yīng)的施工原則。仔細(xì)研究光觸媒材料的特征，將光觸媒在施工中需要遵循的原則總結(jié)為以下五點(diǎn)。

5.1? 無害原則

加有光觸媒材料的裝飾物應(yīng)做到對(duì)室內(nèi)環(huán)境和人體無害，重點(diǎn)是低能耗，無污染以及無毒副作用。

5.2? 生態(tài)原則

光觸媒材料是可再生的。室內(nèi)綠色環(huán)保施工的生態(tài)原則包括生態(tài)平衡和各種自然資源的經(jīng)濟(jì)利用。在施工過程中，盡可能的使用光觸媒材料和綠色材料以確保裝飾材料的可循環(huán)性、可重復(fù)性、智能性和功能性。

5.3? 節(jié)能原則

使用光觸媒材料可以降低能耗和成本，以保持高質(zhì)量的室內(nèi)環(huán)境。在資源利用方面，光觸媒材料可以在室內(nèi)裝飾施工中實(shí)現(xiàn)“資源再生”。

5.4? 美學(xué)原則

在使用光觸媒材料進(jìn)行室內(nèi)裝修時(shí)，應(yīng)具有一定的審美價(jià)值，能夠?yàn)榫用駧硪曈X上的享受，讓人看上去有舒適的心里感覺。

5.5? 經(jīng)濟(jì)原則

室內(nèi)裝飾不僅應(yīng)符合無害，生態(tài)，節(jié)能和美觀的原則，而且應(yīng)達(dá)到最低的經(jīng)濟(jì)成本。與其他綠色建筑材料相比，光觸媒材料的經(jīng)濟(jì)成本的性價(jià)比很高。

6? 光觸媒材料在室內(nèi)裝飾裝修中的應(yīng)用

6.1? 抗菌光觸媒涂料

傳統(tǒng)的涂料包含許多有害物質(zhì)，例如苯，會(huì)污染室內(nèi)環(huán)境。近年來，出現(xiàn)了大量的綠色涂料。水性涂料已被廣泛開發(fā)為一種主要產(chǎn)品，但是這種類型的涂料在處理霉菌和細(xì)菌時(shí)無法達(dá)到人們理想的效果。光觸媒具有超強(qiáng)的抑菌殺菌能力。研究人員用大腸桿菌做過實(shí)驗(yàn)，光觸媒材料在3小時(shí)內(nèi)就能殺滅大腸桿菌，并將毒素含量控制在5%以下。將實(shí)驗(yàn)室級(jí)的抗菌納米二氧化鈦加入苯乙烯-丙烯酸乳液中，它可以在乳液中均勻的分散開，進(jìn)而充分發(fā)揮殺菌作用。由于光觸媒材料本身對(duì)人體無害，無味且無毒，因此可以在病房和手術(shù)室等墻壁上使用光觸媒抗菌涂層，從而及時(shí)清除細(xì)菌并進(jìn)行滅菌和消毒。

6.2? 凈化空氣光觸媒涂料

在中國(guó)，光觸媒空氣凈化涂料的研究已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)由有機(jī)硅樹脂和納米二氧化鈦組成的光觸媒涂料可以有效地減少陽光下的大氣中的NOx。研究人員使用納米二氧化鈦來制備水基涂料，并使用紫外線來分解空氣中的甲醛。測(cè)試結(jié)果表明，這種低成本的納米二氧化鈦復(fù)合涂料可以有效分解甲醛。還有人通過使用Fe3+丙酮溶液浸漬商業(yè)銳鈦型二氧化鈦來制備Fe-TiO2光催化劑，將催化劑摻入硅酸鉀無機(jī)涂料中，該涂料具有良好的可見光活性，并且在正常的日光照明環(huán)境中具有有效，永久分解甲醛的潛力。

6.3? 生態(tài)陶瓷

抗菌納米TiO2生態(tài)陶瓷也稱為綠色陶瓷，具有無毒、無味、無刺激性，優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和耐熱性。TiO2光觸媒溶膠通過牽拉、旋轉(zhuǎn)、噴涂等方法涂覆在建筑瓷磚表面，然后燒成瓷磚在表面形成堅(jiān)固的光催化劑膜。光催化瓷磚具有分解污垢油漬，殺毒滅菌等功能，可用于廚房，廁所等墻壁。根據(jù)日本食品研究中心的測(cè)試結(jié)果可知，抗菌陶瓷產(chǎn)品的細(xì)菌生存力不到普通陶瓷產(chǎn)品的1%。這種抗菌作用可有效防止在衛(wèi)生死角和衛(wèi)生潔具（如廁所和小便池）等難以清潔的環(huán)境中細(xì)菌的生長(zhǎng)和增長(zhǎng)，從而防止尿垢和臭味的產(chǎn)生。最近的測(cè)試還表明，內(nèi)置于墻壁的光催化瓷磚對(duì)室內(nèi)有害有機(jī)氣體具有一定的氧化分解作用。

研究人員使用金黃色葡萄球菌作為模型細(xì)菌，在陶瓷表面上覆蓋一層TiO2膜，從而制造出一種“生態(tài)”陶瓷，在熒光照射下達(dá)到了85%的滅菌率。在醫(yī)院使用這種陶瓷可以殺死附著在表面的細(xì)菌。當(dāng)在浴室中使用時(shí)，會(huì)減少沉積在地面和墻壁上的肥皂在細(xì)菌作用下產(chǎn)生的粘性物質(zhì)，并充當(dāng)防污和防滑劑。當(dāng)在浴室中使用時(shí)，氨含量可以大大降低，使人們不會(huì)感到不適。日本的TOTO公司開發(fā)了世界上第一個(gè)使用TiO2光催化劑的抗菌瓷磚和衛(wèi)生潔具，并成功應(yīng)用于醫(yī)院。我國(guó)國(guó)家建筑材料研究所在2000年還開發(fā)出了一種24小時(shí)殺菌率達(dá)98%的“光催化抗菌釉面磚”。

6.4 自清潔型玻璃

玻璃是室內(nèi)裝飾中最常用的建筑材料之一。自清潔玻璃是在玻璃表面形成一種半導(dǎo)體氧化物TiO2膜，這種薄膜具有納米級(jí)顆粒和納米級(jí)孔結(jié)構(gòu)，從而形成了“自清潔”玻璃。在TiO2的表面上，鈦原子和鈦原子通過氧橋連接，該結(jié)構(gòu)是疏水的。在紫外光照射下，TiO2表面的氧和羥基被置換，并且納米級(jí)分離的親水性和親脂性微區(qū)形成并均勻分布在薄膜表面上，因此薄膜對(duì)油和水都具有親和力。在光照條件下，會(huì)形成氧空位。此時(shí)，空氣被水解并吸附到氧空位上，形成化學(xué)吸附水，即氧空位周圍的親水性微小區(qū)域，其余表面保持親脂性。親水表面和疏水表面之間的微區(qū)的形成類似于二維毛細(xì)血管作用。由于水滴和油滴的大小比親水和親脂區(qū)域大得多，因此宏觀上表面是親水和親脂的。當(dāng)沒有光照的時(shí)候，化學(xué)吸附的羥基取代了空氣中的氧氣并返回到疏水狀態(tài)。由于這種超親水作用，材料表面會(huì)形成水膜，因此油漬不會(huì)牢固地附著在材料表面，并且易于清潔。這種玻璃利用陽光來氧化和分解附著的油漬，也可用于滅菌和除臭。它容易聚集灰塵，防止結(jié)露并提供足夠的光線。自清潔玻璃由我國(guó)武漢科技大學(xué)開發(fā)，潤(rùn)濕角小于3°，甲醛分解率大于90%。

6.5? 其他

向鈦金屬中添加少量貴金屬，并氧化表面以生產(chǎn)TiO2板。用紫外線照射30min可以殺死80%的附著大腸桿菌。2小時(shí)后就可以將其完全殺死。這種板材還可以分解空氣中的有害氣體以改善周圍的空氣。這種類型的板特別適用于手術(shù)室，體檢室，病房和其他醫(yī)療場(chǎng)所。

向紙漿中添加納米TiO2可改善紙張的白度和亮度，并具有光催化功能。TiO2溶膠已添加到牛皮紙漿中，對(duì)最終的紙板具有出色的光催化作用，可在客廳，醫(yī)院和其他地方使用。

可以將TiO2添加到塑料或鋼質(zhì)門窗中以實(shí)現(xiàn)光催化功能。這方面的研究才剛剛開始，并且有廣闊的市場(chǎng)。除光觸媒建筑材料外，在室內(nèi)安裝光催化空氣凈化器是室內(nèi)光觸媒的功能之一。

7? 結(jié)束語

在室內(nèi)設(shè)計(jì)中增強(qiáng)綠色設(shè)計(jì)不僅是人類主觀愿望的要求，也是社會(huì)生態(tài)環(huán)境的迫切要求。這包括科學(xué)合理地選擇綠色材料，合理布置室內(nèi)空間，合理使用室內(nèi)顏色和材料紋理以及室內(nèi)自然景觀等等?；诠庥|媒自身的上述綠色優(yōu)勢(shì)，用光觸媒材料裝飾的室內(nèi)環(huán)境比傳統(tǒng)的室內(nèi)裝飾環(huán)境甚至綠色建筑的室內(nèi)環(huán)境更健康，更安全，因此光觸媒材料的使用應(yīng)得到大力推廣，這是關(guān)乎整個(gè)國(guó)家民生健康的一項(xiàng)宏偉計(jì)劃。但是，我國(guó)新型光觸媒材料的研究和推廣尚處于發(fā)展階段，由于其自身的因素，光觸媒材料的性能發(fā)揮也沒有達(dá)到完全的百分之百。納米材料的特征是粒徑小，比表面積大，易于聚集和難以分散，吸收波在400nm波段以下，而自然光波在400nm波段以上，因此光能的利用率非常低，該光波僅占自然光的2%～5%。這也是在這種涂料的商業(yè)化中需要解決的問題。為了將環(huán)保型光觸媒涂料更快地推向市場(chǎng)，有必要加快將基于問題解決的理論研究與市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)化相結(jié)合的步伐。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃薇.室內(nèi)空氣中甲醛污染控制研究[D]，南昌：南昌大學(xué)，2017.

[2] LEED for Commercial Interiors 2009 Rating System Check List[EB/OL].百度文庫，2019-03-14.

[3] 劉春燕.納米光催化及光催化環(huán)境凈化材料[M].北京：化工出版社，2008.

作者簡(jiǎn)介：

嚴(yán)彤（1970—）男，漢，籍貫：江蘇省，本科，畢業(yè)院校：大連理工大學(xué)，現(xiàn)有職稱：工程師，研究方向：建筑裝飾裝修與環(huán)境保護(hù)。