光觸媒原理(雜項)

1、光觸媒 編輯 光觸媒是一種以納米級二氧化鈦為代表的具有光催化功能的光半導(dǎo)體材料的總稱， 它涂布于 基材表面， 在紫外光線的作用下， 產(chǎn)生強(qiáng)烈催化降解功能： 能有效地降解空氣中有毒有害氣 體。能有效殺滅多種細(xì)菌， 并能將細(xì)菌或真菌釋放出的毒素分解及無害化處理。同時還具備除甲醛、除臭、抗污、凈化空氣等功能。研究發(fā)現(xiàn)編輯 年，日本東京大學(xué)的本多建一教授和博士班學(xué)生藤島昭發(fā)現(xiàn)， 用光照射二氧化鈦電極可進(jìn)行 水的電解反應(yīng)。 這就是著名的 “本多作用的光催化反應(yīng)， 將空氣中的水或氧氣催化成氧化能 力極強(qiáng)的羥基自由基（）和超氧陰離子自由基（）、活性氧（,等具有極強(qiáng)氧化能力的 光生活性基團(tuán)，這些光生活性基團(tuán)的

2、能量相當(dāng)于的高溫，具有很強(qiáng)的氧化性， 這些強(qiáng)氧化性基團(tuán)可強(qiáng)效分解各種具有不穩(wěn)定化學(xué)鍵的有機(jī)化合物和部分無機(jī)物，并可破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜和凝固病毒的蛋白質(zhì)載體。年月， 日本研發(fā)最新的光觸媒凈水技術(shù)， 可望為全球億人解渴。 日本松下公司正開發(fā)一種新 型光觸媒粒子， 可望解決水不足問題。 該粒子是由沸石粒子與二氧化鈦微粒所構(gòu)成， 在紫外 線照射下充分混合于污水中， 可使污水凈化成可飲用的程度。 新型光觸媒凈水設(shè)備相當(dāng)簡便， 且天可凈化高達(dá)噸的水， 可供應(yīng)相當(dāng)于印度戶家庭的每日用水， 而凈化每噸水所需費用約為 日元，約人民幣元。此技術(shù)是將特殊光觸媒粉末倒入污水中， 照射紫外線即可分解水中有毒金屬， 凈化成

3、飲用水， 此技術(shù)也可用于整治受污染河川，且對環(huán)境生態(tài)無害 .材料編輯 光觸媒材料主要有納米、 、等，年以來又發(fā)現(xiàn)一些納米貴金屬（鉑、銠、鈀等）具有 更好的光催化性能， 但由于其中大多數(shù)易發(fā)生化學(xué)或光化學(xué)腐蝕，而貴金屬成本則過高， 都不適合作為家居凈化空氣用光催化劑。在所有的光觸媒材料中， 納米除醛酶不僅具有很高的光催化活性，且具有耐酸堿腐蝕、 耐化學(xué)腐蝕、無毒等優(yōu)點，價格也適中， 具有較高的性價比， 因而市場上大多使用納米二氧化鈦 作為主要原材料。納米二氧化鈦（）是一種半導(dǎo)體，主要有銳鈦型（） ，金紅石型（）及板鈦型（）三種晶體 結(jié)構(gòu)，其中：板鈦型晶體穩(wěn)定性差，一般認(rèn)為不具備光催化活性。 金紅

4、石型晶體具有比銳鈦型晶體更強(qiáng)的光催化性能， 耐候性和附著性也很好， 納米無機(jī)包覆 穩(wěn)定，市場價格高于銳鈦型晶體。納米氧化鋅（）粒徑介于 之間，是一種面向世紀(jì)的新型高功能精細(xì)無機(jī)產(chǎn)品，表現(xiàn)出許多 特殊的性質(zhì)，如非遷移性、熒光性、壓電性、吸收和散射紫外線能力等，利用其在光、電、 磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造氣體傳感器、熒光體、變阻器、紫外線遮蔽材料、圖像 記錄材料、壓電材料、壓敏電阻、高效催化劑、磁性材料和塑料薄膜等。在橡膠、陶瓷、紡 織、印染、國防工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。納米二氧化鋯（）呈高純度白色粉末狀，無臭、無味。低溫時為單斜晶系，高溫時為四方晶 型。具有高的折射率（折射率）和耐高溫性。

5、有良好的熱化學(xué)穩(wěn)定性、高溫導(dǎo)電性和較高的 高溫強(qiáng)度和韌性， 具有良好的機(jī)械、 熱學(xué)、 電學(xué)、 光學(xué)性質(zhì)。 其中為單斜晶型， 為四方晶型。 納米氧化鋯顆粒尺寸微小、是很穩(wěn)定的氧化物，具有耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐高溫的性能， 可用于功能陶瓷和結(jié)構(gòu)陶瓷，以及寶石材料。性能編輯一般科學(xué)意義上的光觸媒是單質(zhì)粉末狀的， 而進(jìn)入市場大多是混合液態(tài)狀的， 這個必須要區(qū) 別開來。截至年，還沒有用肉眼區(qū)分光觸媒優(yōu)劣的可靠方法，選擇光觸媒要謹(jǐn)記一點：全面性 光觸媒是目前國際上最安全和最潔凈的環(huán)境凈化材料， 在歐美和日本、 韓國等區(qū)域廣泛運用， 美國宇航空間站凈化工程、 海上油污降解工程和日本公交公司消毒工程均使用光觸

6、媒進(jìn)行處 理。光觸媒可以有效地降解甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨、等污染物，并具有高效廣泛的消毒性 能，能將細(xì)菌或真菌釋放出的毒素分解及無害化處理。持續(xù)性在環(huán)境污染不嚴(yán)重的條件下，只要不磨損、不剝落， 光觸媒本身不會發(fā)生變化和損耗，在光 的照射下可以持續(xù)不斷的凈化污染物，具有時間持久、持續(xù)作用的優(yōu)點。但如果環(huán)境污染比較嚴(yán)重時， 一些硫酸根和硝酸根離子會影響光觸媒的壽命和效果， 會出現(xiàn) 失活現(xiàn)象，可以通過相關(guān)技術(shù)工藝恢復(fù)活性。安全性無毒、無害，對人體安全可靠。不會產(chǎn)生二次污染。 一般把光觸媒稱為是半永久凈化材料，光觸媒有效期長短可參考日本公交系統(tǒng)的消毒制度， 日本公交車使用光觸媒噴涂后， 年內(nèi)可不進(jìn)

7、行其他消毒方式， 由此可認(rèn)為： 公用場所， 使用 優(yōu)質(zhì)光觸媒噴涂后，凈化殺菌效果至少可保證年。特征編輯光波吸收（以市面最多的光觸媒納米二氧化鈦為例） 。 純凈的納米二氧化鈦粉末，只能吸收以下的紫外光，在自然環(huán)境下，紫外光占有比例較低， 不足自然光的，因而純凈的納米二氧化鈦基本沒有光觸媒的功效。所以， 為使二氧化鈦可以吸收可見光， 甚至吸收遠(yuǎn)紅外光， 必須采用特殊材料的配制摻雜技 術(shù)。比如采用固相合成、 過渡金屬離子和非金屬離子摻雜、金屬有機(jī)絡(luò)合物、表面敏化、半導(dǎo)體 復(fù)合等多種方法，對光觸媒進(jìn)行可見光誘導(dǎo)。年以來，還發(fā)現(xiàn)納米貴金屬（鉑、銠、鈀等） 與光觸媒材料進(jìn)行配位螯合后， 會極大提高光生載流

8、子的分離效率和抑制電子空穴的重新復(fù) 合，從而進(jìn)一步拓寬了二氧化鈦的光波吸收范圍， 這些納米貴金屬也被稱為 “光觸媒的維生 素”。日本汽車尾氣凈化裝置已大量使用納米貴金屬制成的催化劑。 純凈光觸媒技術(shù)只能在紫外光下作用， 這已經(jīng)是年前的技術(shù)了。 世紀(jì)國際光觸媒技術(shù)的發(fā)展 方向是化學(xué)配位鍵螯合功能元素?fù)诫s技術(shù)， 使用這種技術(shù)可以極大增強(qiáng)光觸媒材料的光催化 協(xié)同效應(yīng)，從而可以吸收可見光，甚至可以吸收遠(yuǎn)紅外光。年，中國首先發(fā)明遠(yuǎn)紅外光觸媒技術(shù)， 標(biāo)志著在光觸媒的光波吸收技術(shù)上， 已經(jīng)超出世界水 平?！疽娭袊ば畔⒅行牟樾聢蟾妫ǎ?】耐候性 光觸媒產(chǎn)品經(jīng)受氣候的考驗，如物理磨損、冷熱、自身晶格缺陷等造

9、成的綜合破壞， 其耐受 能力叫耐候性。純凈的光觸媒粉末不具有實用性，很簡單，風(fēng)一吹就沒了，所以必須做成粘合型的溶液，而 且溶液干燥后會吸附在各類家具表面， 不容易磨損及掉落。 要實現(xiàn)這個性能， 不添加黏合劑 是做不到的，所以不含黏合劑的光觸媒溶液產(chǎn)品要么是炒作，要么就是干燥后會大量掉落。純凈光觸媒在光照射下， 除了能發(fā)生光催化反應(yīng)外， 還會發(fā)生光化學(xué)活性反應(yīng)， 這種光化學(xué) 活性反應(yīng)是由光觸媒內(nèi)在晶格缺陷引起的，這種反應(yīng)會釋放新生態(tài)氧 ，新生態(tài)氧通過物質(zhì)遷移， 與光觸媒本身及家具表面材料進(jìn)行反應(yīng)，會導(dǎo)致物質(zhì)有機(jī)聚合物氧化、降解，最終造 成涂膜的粉化和失光，縮短其使用壽命， 造成家具表面失色或斑駁

10、。所以， 必須要對光觸媒進(jìn)行特殊工藝的無機(jī)包覆，從根本上解決光觸媒的光化學(xué)活性反應(yīng)問題。由上兩條可知， 將光觸媒產(chǎn)品是否純凈， 是否含有分散劑作為評價光觸媒性能是否優(yōu)劣的標(biāo) 準(zhǔn)是不科學(xué)的。純凈的光觸媒只能吸收紫外光， 可吸收可見光甚至遠(yuǎn)紅外光的光觸媒必然螯合了其他活性催 化材料。有效濃度 光觸媒本身是一種催化劑， 不直接參與降解反應(yīng)， 它通過吸收光能把水或氧氣轉(zhuǎn)化成強(qiáng)氧化 活性基團(tuán)，而強(qiáng)氧化活性基團(tuán)使空氣污染物降解，所以必須直接接觸到水分子或氧分子。即可以與水或空氣接觸的光觸媒如果大量的二氧化鈦被封閉在瓷而且與噴涂工具、 噴涂手法等因而， 在濃度因素中， 決定光觸媒性能的是有效接觸濃度， 濃度

11、， 而不是某一種產(chǎn)品的濃度。 比如一塊二氧化鈦瓷磚， 磚內(nèi)部，就算濃度再高，又有什么意義呢？在噴涂產(chǎn)品中， 有效接觸濃度不僅與溶液中光觸媒濃度有關(guān)， 現(xiàn)場工藝有關(guān)。另外，與產(chǎn)品附著性也直接相關(guān)，如果干燥后出現(xiàn)大量剝落，就算初始“濃 度”再高，又有什么意義？而且一般光催化反應(yīng)都是多相光催化過程， 反應(yīng)過程都在界面發(fā)生。 光催化反應(yīng)效率由催化 劑自身的量子效率和反應(yīng)過程條件兩個方面決定。 光催化材料表面的微觀結(jié)構(gòu)也很重要， 它 直接影響了光催化反應(yīng)的效率。 好的光催化材料微觀表面應(yīng)該是粗糙的、 凹凸不平的 （以原 子力顯微鏡微觀結(jié)構(gòu)照片為準(zhǔn)就像遍布隕石坑的月球表面） ，這樣可以增加捕捉甲醛、等有

12、機(jī)物氣體分子的機(jī)率，產(chǎn)生納米界面材料的二元協(xié)同效應(yīng)進(jìn)而增強(qiáng)降解凈化能力。納米細(xì)度 根據(jù)不同光觸媒材質(zhì)不同而不同， 一般認(rèn)為，納米細(xì)度大于納米的光觸媒基本不具備光活性， 納米以下較佳。 純凈光觸媒的納米細(xì)度可以做到納米左右， 但只能在紫外光條件下作用。 螯 合了活性催化元素的光觸媒一般分子直徑較大，因為螯合元素越多，直徑自然越大，當(dāng)然， 螯合越多，光波吸收范圍也越寬，螯合型光觸媒產(chǎn)品的最佳納米細(xì)度為納米。 一般情況下，在相同光波吸收范圍下，光觸媒納米細(xì)度越小， 催化性能越強(qiáng)，但納米細(xì)度也 不可能無限降低，一是細(xì)度越小，制作成本越高，性價比不高，二是光具有波粒二象性，當(dāng) 材料納米細(xì)度少于一定程度后

13、， 會降低粒子性光能的吸收率， 三是細(xì)度越小， 后期越容易團(tuán) 聚。故優(yōu)質(zhì)光觸媒一般納米細(xì)度均為納米。負(fù)氧離子光觸媒在進(jìn)行光催化反應(yīng)的時候，會產(chǎn)生超氧陰離子自由基（），伴生負(fù)氧離子。但可以達(dá)到最佳的負(fù)氧離子釋放功效的光觸媒， 必須是可吸收遠(yuǎn)紅外光譜， 只有這樣， 白天、 晚上及無光的櫥柜里，才可全天候釋放負(fù)氧離子。主要功能編輯 光觸媒 （納米除醛酶）作為新興的空氣凈化產(chǎn)品， 越來越多的應(yīng)用于車內(nèi)的空氣凈化， 主要 有以下功能：空氣凈化 對甲醛、苯、氨氣、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等影響人類身體健康的有害有機(jī)物起到 凈化作用。負(fù)氧離子釋放負(fù)氧離子， 中科院理化技術(shù)研究所對國內(nèi)某光觸媒進(jìn)行檢測后發(fā)

14、現(xiàn)，使用優(yōu)質(zhì)遠(yuǎn)紅外光觸媒噴涂平米建筑面積的房間，相當(dāng)于種了棵白樺樹的凈化效果。殺菌對大腸桿菌、黃色葡萄球菌等具有殺菌功效。在殺菌的同時還能分解由細(xì)菌死體上釋放出的有害復(fù)合物。除臭 對香煙臭、廁所臭、垃圾臭、動物臭等具有除臭功效。防污防止油污、灰塵等產(chǎn)生。對浴室中的霉菌、水銹、便器的黃堿及鐵銹和涂染面褪色等 現(xiàn)象 同樣具有防止其產(chǎn)生的功效。凈化 具有水污染的凈化及水中有機(jī)有害物質(zhì)的凈化功能，且表面具有超親水性，有防霧、易洗、 易干的效能。應(yīng)用編輯紡織品紡織品或多或少都含有微量的甲醛或者其它有害物質(zhì)， 經(jīng)過光觸媒處理后的紡織品不僅可以 有效的降低甲醛等有害物質(zhì)的含量，而且紡織品在使用過程中也容易清

15、洗。地板傳統(tǒng)地板精油只是養(yǎng)護(hù)地板的作用， 而通過添加光觸媒， 制作成光觸媒木質(zhì)精油， 實現(xiàn)了對 地板保養(yǎng)的同時，還起到凈化空氣除甲醛的作用，尤其是地板見光性好，光觸媒作用更強(qiáng)。陶瓷衛(wèi)浴陶瓷、 衛(wèi)浴在給人們帶來生活便利的同時， 也附帶產(chǎn)生了一個問題衛(wèi)生清潔， 這是一直 以來困擾了人們的問題， 尤其是馬桶， 洗漱盆等， 長期使用后都會產(chǎn)生一定的異味或者污垢， 普通清潔有很難去除， 在經(jīng)過多年實踐應(yīng)用后， 光觸媒被很好的融合到了陶瓷、 衛(wèi)浴的生產(chǎn) 工藝， 通過在陶瓷表面負(fù)載一層光觸媒， 不僅易于清潔， 而且還有助于分解異味， 防止污垢 附著，極大的提高了陶瓷產(chǎn)品的清潔容易度。比較編輯品名類別凈化原理

16、凈化效能本身毒性醋、橘皮、空氣清新劑等 以本身氣味遮擋污染物的氣味無功效反而會減弱人體呼吸系統(tǒng)對污染氣體的應(yīng)激性反應(yīng)，從而吸入更多有害氣體醋與橘皮等無毒空氣清新劑低毒植物吸收，并體內(nèi)少量分解 有效，但很微量，杯水車薪，對整個空間來說，幾盆植物基本沒什么作用。 而且植物有最低吸收值， 即當(dāng)污染物濃度降低到一定數(shù)值時， 植物不會再吸收。 甲醛最低吸 收濃度大致是 3。植物去除污染的效能不佳，但可作為室內(nèi)污染的晴雨表， 如植物發(fā)黃、 枯萎， 說明室內(nèi)污染 很嚴(yán)重。無毒性白天吸收二氧化碳，釋放氧氣。 晚上吸收少量氧氣，釋放二氧化碳 竹炭、活性炭 吸附，不能分解 吸附，但很微量，杯水車薪，對整個空間來說，基本沒有作用。吸附一定污染量后會飽和，曬太陽回復(fù)活性不科學(xué)，加熱溫度至少在C以上。 吸附飽和后，本身成為污染源 甲醛捕捉劑及甲醛清除劑 中和或氧