光催化技术在室内空气净化中的应用

曾 曜

重庆市大渡口区生态环境监测站

光催化技术在室内空气净化中的应用

曾 曜

重庆市大渡口区生态环境监测站

随着经济的不断发展，人们的生活水平不断提高，但是室内环境问题也逐渐增多。光催化技术是新兴的污染治理技术，具有效率高、反应条件温和等优点。本文就室内空气污染物类型、光催化技术及其在室内空气净化中的应用做了简要分析。

光催化技术；室内空气净化；TiO2

1 概述

随着社会的不断进步，人们生活水平也在提升，因此对于居住的环境安全要求更加严格。特别是对于室内的装修来讲，是现代居民关注的重点。由于很多油漆物、装饰的原料都含有大朗的化学元素，不仅对空气存在污染，还严重影响了居住者的身体健康。我们最熟悉的当属甲醛、苯、汞、铅这些类。它们在空气里都非常容易挥发，人一旦吸入就会严重破坏掉呼吸以及神经系统，甚至会造成死亡。因此，我们必须重视室内的环境净化，使安装工作不会影响到人的身体健康。

同时，我国的科技在不断的发展，在处理室内空气净化方面也有了不少的成就。就目前来讲比较常见的有有过滤、吸附以及负离子、膜分离等，它们拥有自身的特点，在净化室内空气也有发挥了非常大的作用。但是现在最受人们所青睐的当属纳米TiO2光催化技术，它主要是以紫外线或者太阳光为载体，来消灭微生物以及部分光解挥发性的气体。而且利用该技术不会造成再次的污染，非常简便、能耗也相对小，从源头上解决是最近几年出现的一种新兴技术，它可以利用紫外光，比如太阳光，在正常环境中消灭微生物以及光解挥发性气体，从源头上解决了室内污染。因此，目前收到很多装修行业的青睐。

2 室内空气污染物的来源

现代城市的建设，也带来了房地产的飞速发展，从而也为装修行业提供了机会，所以我们可以从两方面来分析室内空气物的来源：首先，就是装饰材料、家具等自身所含有的挥发性有机物，当这些气体释放出来就会随着人们的呼吸进入，从而有害于身体健康；其次，平时生活中燃烧做产生的二氧化碳、氮等，也会产生危害；再有，现代的家庭都离不开电气，这些也会产生臭氧，但是如果遇到潮湿的银子，就容易制造出卤代烃；固体污染物主要来自燃料燃烧、烹调油烟、香烟燃烧和室外。

3 光催化技术

3.1 光催化技术相对于过滤、吸附等其它技术具有以下优点

(1)反应条件温和，在常温常压下进行;

(2)反应速率快，所需时间短;

(3)能将大部分有机污染物降解为小分子物质。

3.2 基本原理

光催化基本原理是具有理论性质的光生电子-空穴理论，其中，研究最多的是以半导体当做催化剂。以TiO2为例；期具有不连续的能带结构，它由高能导带和低能价带共同组成，而禁带指的是介于导带和价带之间的区域，宽度Eg=3.2eV。而就以这个标准为例，当波长小于380nm照射TiO2表面时，价带电子会吸收能量，这样就会产生跃迁现象，等到了导带之后就会导致价带空穴，最终形成电子-空穴对。而且当这样的情况如果时间足够长，一般都是选择用高能量电子可以当做还原剂，反之，如果电子低的空穴则作为氧化剂，当它与TiO2表面吸附的污染物发生氧化还原反应的时候，达到对污染物的处理，使其降解为水和CO2

大量研究表明，光催化剂在对苯、甲醛类污染物降解方面有巨大的应用前景。如，有利用直通孔的多层结构蜂窝状整体净化网，主要由支撑体、活性炭和TiO2光催化剂组成，经过实践应用表明，对甲苯、甲醛以及氨的净化都超过95%，效果非常好。

4 应用

4.1 涂料方面

目前，针对国内的纳米TiO2应用研究，主要集中在复合涂料的室内应用。依照可靠的实验测试表明：纳米涂料能有效地分解室内的有机污染物，氧化去除空气中的氮氧化物（NOX）和硫氧化物（SOX）以及各类臭气等，并且不会产生二次污染。为了提高涂料在使用整体的性能，可以选择加入纳米材料，而且还能够拓展实际的功效，比如在遇到其它影响可以提升自我修复的能力。此外，随着人们对紫外线的益处以及危害认识的全面性，在装修行业也加大了在这方面的重视程度，首先，在门窗玻璃的安装材料就可以加入纳米技术，可以抵挡紫外线当中有害物质，这些在医院以及日常民用建筑使用较多。而且，带有纳米TiO的涂料，具有非常强大的防污的效果，通过光的照射，对其进行分解聚积于涂料表面的有机物，将表面吸附的灰尘除去；由于纳米TiO2具有超亲水性，在涂料表面就会形成一层水膜，这样油性物质也不容易在表面堆积，使涂料具有长期的耐沾污性。

4.2 净化器

虽然说纳米TiO2光催化优点很多：还原性强、净化效果彻底等。但是还是会受到污染物的影响，比如当其浓度较低的时候，就会催生有害体，不利于到整个室内的净化。室内空气中挥发性污染气体繁杂，而且相对来讲浓度不高，如果直接将光催化技术应用到空气净化器中不但没有产生处理效果，还会造成一定的危害。目前，我国最主要的还是吸附形式存在的净化器，尽管在某种程度可能会因为操作的问题，生成有害的气体，但是吸附力强是它最大的特点。所以，为了更好地处理室内的空气净化，需要将纳米技术光催化以活性炭吸附科学的结合，趋利避害。这是由于低浓度污染气体首先被活性炭吸附其上，通过一定方式的复合，可以显著提高TiO2对低浓度污染物的净化效果，TiO2也不断地将吸附在活性炭上的有机物分解为CO2和H2O，有利于活性炭再生，而且针对处理慢的问题也可得到有效的解决。因此，产生了活性炭-纳米TiO2光催化室内空气净化器。

5 结语

随着科技的不断进步，利用TiO2制成的净化涂料，能够避免传统装修物质的侵害，对空气中有害气体不但净化效果好，而且降解速率也高，其表现出的强氧化性，使得该技术在各种空气净化技术中成为主流的研究发展方向。目前，各国也在研究将TiO2作为功能体复合到涂料等材料中，利用其良好的综合性能，发挥多功能效应，可成为生活环境中起长期净化作用的环保材料。

[1]王中驰,黎德龙,潘春旭.纳米TiO2光催化材料及其在潜艇内空气净化中的应用[J].中国舰船研究,2016(3):107～121

[2]刘山虎,许庆峰,邢瑞敏,等.二氧化钛光催化技术应用于室内甲醛降解的研究进展[J].化学研究,2016(4):502～513

[3]张涛,程荣,申亮杰,等.纳米TiO2改性及其光催化降解室内VOCs研究进展[J].科技导报,2016,34(22):26-31

[4]尹光斌.TiO2紫外光催化处理空气专利技术分析[J].科技视界,2015(24):91-92

[5]叶宗保.负载纳米TiO2窗帘对室内空气中二甲苯的净化[J].染整技术,2015(6):27-30