光催化與生活

生活中的光催化技術(shù)朱永法清華大學(xué)化學(xué)系z(mì)huyf@2014.11.29杭州，浙江理工大學(xué)清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室內(nèi)容提要環(huán)境與能源問(wèn)題的嚴(yán)峻性光催化技術(shù)的基本原理光催化技術(shù)與生活質(zhì)量家居生活污染治理醫(yī)療健康交通環(huán)境食品保障軍事應(yīng)用環(huán)境質(zhì)量綠色能源健康建筑清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室化石能源的不可再生性煤、石油、天然氣等化石能源的不可再生性；一次能源均來(lái)自億萬(wàn)年太陽(yáng)能的積累，無(wú)法循環(huán)使用光合作用是唯一可利用CO2

和水合成有機(jī)物的反應(yīng)－地球上最偉大的反應(yīng)清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室在過(guò)去100年里，消耗了1420億噸石油和2650億噸煤，消耗了世界56％的石油和60％以上的天然氣如何利用太陽(yáng)能是綠色能源最關(guān)鍵的技術(shù)億萬(wàn)年形成的化石燃料僅支持了約300年的現(xiàn)代工業(yè)文明！《BP世界能源統(tǒng)計(jì)2007》的數(shù)據(jù)表明，全球石油儲(chǔ)量可供生產(chǎn)40年，天然氣和煤炭則分別可以供應(yīng)65年和162年40年60年160年化石能源的短缺性清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室溫室效應(yīng)：由于排放使得大氣中二氧化碳含量提高，全球氣候在同步變暖，發(fā)生溫室效應(yīng)。

全球每年排放的CO2高達(dá)240億噸之巨溫室效應(yīng)的危害性清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室全球每年排放SO22.9億噸，NOx約為5千萬(wàn)噸，以及大量可吸入粉塵；導(dǎo)致了酸雨、光化學(xué)煙霧、灰霾

洛杉磯光化學(xué)煙霧甘肅沙塵暴酸雨效應(yīng)污染嚴(yán)重的大氣環(huán)境制約健康的室內(nèi)污染我國(guó)每年由室內(nèi)空氣污染引起的非正常死亡人數(shù)達(dá)11.1萬(wàn)人有68%的疾病是室內(nèi)污染造成的。清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室

建筑材料裝飾材料人的活動(dòng)室外污染物清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室染料廢水：主要工業(yè)廢水之一，其毒性大，色澤深，嚴(yán)重危害了生態(tài)環(huán)境。農(nóng)藥污染：我國(guó)每年農(nóng)藥產(chǎn)量大約20萬(wàn)噸，還從國(guó)外進(jìn)口農(nóng)藥75萬(wàn)噸。通過(guò)噴施、地表徑流及農(nóng)藥工廠的廢水排入水體中洗滌劑污染：每年大量的洗滌劑進(jìn)入水體，并難以降解；工業(yè)污水：煤化工、石油化工、化工廢水、礦山廢水等；Ref:國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.《長(zhǎng)江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測(cè)公報(bào)》難以尋覓到清純的流水社會(huì)發(fā)展面臨的制約問(wèn)題化石能源的枯竭綠色可再生能源的突破環(huán)境污染的嚴(yán)重惡化大氣污染的控制：大氣灰霾、霧霾、光化學(xué)氣候溫室氣體二氧化碳排放的控制室內(nèi)空氣的質(zhì)量的提高水污染的控制生活用水的安全；清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室光催化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)常溫省能源：僅需低功率UV光源，不需要加溫；可以直接利用太陽(yáng)光殺菌廣普和能力強(qiáng)，無(wú)耐藥性；有毒有機(jī)物的徹底礦化，均可降解；效率高，壽命長(zhǎng)維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用底無(wú)污染，無(wú)毒，衛(wèi)生安全 光催化技術(shù)的應(yīng)用前景光催化材料

+太陽(yáng)光家居內(nèi)部窗簾

、鏡子、室內(nèi)建材日光燈居房外部瓷磚,玻璃,涂料,帳篷鋁面板空氣凈化空氣凈化器二惡英降解公路行業(yè)隧道照明燈公路上用鏡隔音墻NOx的清除汽車業(yè)汽車鏡、外涂料醫(yī)療器械及外設(shè)醫(yī)用導(dǎo)管手術(shù)室太陽(yáng)能利用光解水制氫CO2

的光還原水凈化環(huán)境激素降解有機(jī)氯化物的降解農(nóng)業(yè)殘留農(nóng)藥降解家禽飼養(yǎng)場(chǎng)所除臭水培室凈化軍事應(yīng)用防生化、野戰(zhàn)保障清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室光催化科學(xué)原理半導(dǎo)體在紫外及可見(jiàn)光激發(fā)下，產(chǎn)生光生電子和光生空穴；光生電子具有還原性質(zhì)，可還原水產(chǎn)氫，還原二氧化碳產(chǎn)油，直接產(chǎn)電-太陽(yáng)能電池---能源利用；光生空穴具有強(qiáng)氧化性，能降解或礦化有機(jī)污染物，殺滅細(xì)菌和病毒---環(huán)境應(yīng)用。光催化殺菌的原理清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室光生空穴的能力達(dá)到3.0eV，相當(dāng)于15000度溫度的能量光催化自清潔原理清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室分解污染物中的有機(jī)物和親水表面，是的污染物顆粒易脫落清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室光催化環(huán)境凈化的原理光生空穴的能力達(dá)到3.0eV，相當(dāng)于15000度溫度的能量，可以大部分化學(xué)鍵，分解有機(jī)污染物為二氧化碳和水清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室光催化能源利用的原理光生電子還原水，產(chǎn)出氫氣；光生空穴氧化水，產(chǎn)出氧氣；光生電子還原二氧化碳形成有機(jī)燃料；光生電子和空穴分離，形成電壓和電流輸出；光催化劑的微觀和宏觀結(jié)構(gòu)清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室家居生活中的光催化清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室鞋子除臭殺菌車載空氣凈化器；家用空氣凈化器；生活用水凈化器；衛(wèi)生潔具；抗霧和抗污鏡子；墻面自清潔涂層；鞋襪殺菌除臭與空氣凈化清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室利用光催化殺滅鞋襪的細(xì)菌和除異味利用光催化殺滅內(nèi)衣上的細(xì)菌利用光催化去除異味，凈化空氣玻璃和鏡子的自潔防霧清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室利用光催化劑噴涂在玻璃和鏡子表面，可以防霧和自潔浴室鏡、窗戶玻璃、后視鏡清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室光催化空氣凈化器光催化劑產(chǎn)生高能量的光生空穴，直接分解空氣中的有機(jī)污染物和殺滅病毒和細(xì)菌，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣主動(dòng)凈化，提高居室空氣質(zhì)量家用空氣凈化器清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)PM2.5顆粒物、有害氣體和細(xì)菌的凈化藝術(shù)、照明與健康融合清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室光催化凈化燈和干花藝術(shù)燈罩和干花上光催化材料可以被動(dòng)分解有害氣體和殺菌，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量、保障健康具有凈化性能的壁紙和窗簾清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室墻紙和窗簾上的光催化材料可以被動(dòng)分解有害氣體和殺菌，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量、保障健康清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室生命之源-水的潔凈自來(lái)水中存在大量有機(jī)物，氯消毒副產(chǎn)物等大量有害物，其中有近40種是致癌物質(zhì)降解水中的微量有機(jī)污染物降解水中消毒副產(chǎn)物分解水中的微量藻毒素殺滅飲用水中的細(xì)菌和病毒光催化自凈化冰箱清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室噴涂光催化涂層，進(jìn)行被動(dòng)凈化，實(shí)現(xiàn)殺菌和除異味通過(guò)加裝循環(huán)空氣凈化裝置，主動(dòng)凈化冰箱中的空氣，實(shí)現(xiàn)殺菌和去異味廚衛(wèi)的抗菌與自潔清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室光催化涂層的廚衛(wèi)設(shè)施，具有自潔、抗菌的功能享受愉悅的生活每一天食品保障中的光催化大棚無(wú)菌生產(chǎn)過(guò)程的空氣消毒無(wú)土培養(yǎng)液的消毒殺菌糧食、蔬菜儲(chǔ)存過(guò)程中的殺菌，防止發(fā)霉和腐爛，延長(zhǎng)保存期水果儲(chǔ)存過(guò)程中去除乙烯和殺菌，延長(zhǎng)保鮮期食品加工車間和場(chǎng)所的無(wú)菌凈化清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室果蔬食物無(wú)菌生產(chǎn)應(yīng)用清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室無(wú)菌農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的空氣消毒無(wú)菌栽培生產(chǎn)過(guò)程的水消毒無(wú)土培養(yǎng)液的殺菌消毒回用食品和果蔬的存儲(chǔ)保鮮食品和果蔬儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中的殺菌凈化，延長(zhǎng)保存時(shí)間水果和蔬菜儲(chǔ)存合運(yùn)輸過(guò)程中去除乙烯和殺菌作用，延長(zhǎng)保鮮期食品加工場(chǎng)所的無(wú)菌空氣環(huán)境清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)洋艦船上的冷藏果蔬和食品的保質(zhì)期可以延長(zhǎng)2-3倍，從1-2個(gè)月到3-4個(gè)月清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室果蔬的存儲(chǔ)保鮮果蔬和食品的保質(zhì)期可以延長(zhǎng)2-3倍無(wú)菌飼養(yǎng)清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)場(chǎng)所的無(wú)菌化，動(dòng)物少得病，避免使用抗生素等藥劑，促進(jìn)生長(zhǎng)；避免動(dòng)物瘟役發(fā)生飼料中添加氧化鋅光催化劑，保障飼料不霉變-避免添加抗菌藥劑去除飼養(yǎng)場(chǎng)所的異味，改善工作環(huán)境生活健康與光催化醫(yī)院的無(wú)菌病房和手術(shù)室：空氣消毒機(jī)殺菌凈化，避免交叉感染和去除異味無(wú)菌病房墻壁光催化殺菌、自潔和空氣凈化，去除異味醫(yī)藥制造過(guò)程的無(wú)菌化，保障藥品的安全；清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室無(wú)菌醫(yī)院光催化消毒設(shè)施光催化凈化組件光催化醫(yī)用空氣消毒機(jī)粗過(guò)濾+靜電+光催化集成凈化光催化抗菌自清潔涂層應(yīng)用醫(yī)院無(wú)菌化清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室

綠色建筑中的光催化自清潔玻璃自清潔瓷磚自清潔涂料自清潔墻紙自清潔水泥清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室防污免清潔、殺菌防霉、凈化空氣室內(nèi)自然光下污染物降解清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室建筑物的防污自潔清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室建筑瓷磚的自清潔清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室自清潔瓷磚對(duì)染料污染物的光催化自清潔效果A:原始污染瓷磚B:光照10分鐘C:光照20分鐘D：光照30分鐘E:光照40分鐘自清潔瓷磚可以在太陽(yáng)光或室內(nèi)光照射下，對(duì)積累在表面的有機(jī)污染物分解成水和二氧化碳，實(shí)現(xiàn)自清潔的功能清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室建筑物外墻的自清潔光催化涂層可以通過(guò)超親水性和降解功能實(shí)現(xiàn)建筑物表面的自清潔功能建筑物的抗菌防霉清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室光催化涂層具有殺菌效果，可以殺滅霉菌等，保證建筑物不會(huì)發(fā)霉建筑物涂層的空氣凈化清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室光催化涂層還可以分解空氣中的有害物質(zhì)，對(duì)空氣實(shí)現(xiàn)凈化功能自清潔建筑的應(yīng)用實(shí)例清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室交通生活中的光催化隧道內(nèi)的尾氣凈化道路上的尾氣凈化地鐵站的空氣凈化地下停車場(chǎng)的空氣凈化密閉車廂內(nèi)的空氣凈化清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室汽車尾氣霉變及異味裝修材料釋放人員交叉感染空氣污濁化凈化密閉交通工具內(nèi)的污濁空氣，避免交叉感染消除地下交通站點(diǎn)的污濁空氣和汽車尾氣工業(yè)污染的控制工業(yè)廢氣凈化制鞋廠的三苯廢氣噴漆、印刷廠的溶劑化工有害廢氣等清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室徹底分解為二氧化碳和水工業(yè)污水凈化清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室各種難降解有機(jī)污水徹底分解為二氧化碳和水光催化與國(guó)防事業(yè)防生化處理：細(xì)菌、病毒、毒劑軍事掩蔽設(shè)施內(nèi)的空氣凈化；潛艇中的空氣凈化；炸藥、推進(jìn)劑廢液的處理；遠(yuǎn)洋軍艦上果蔬保障；野戰(zhàn)場(chǎng)合的無(wú)菌水供應(yīng)；野戰(zhàn)醫(yī)院的無(wú)菌手術(shù)倉(cāng)；清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室光催化空氣凈化系統(tǒng)大大提高了核潛艇的潛航能力對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

光催化用于潛艇艙空氣凈化改善潛艇內(nèi)的空氣質(zhì)量，避免交叉感染，提高戰(zhàn)斗力綠色太陽(yáng)能-未來(lái)希望光解水制氫：清潔能源太陽(yáng)能電池：直接發(fā)電光合作用-溫室氣體變油清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室光解水制氫視頻染料敏化太陽(yáng)能電池染料敏化太陽(yáng)能電池清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室我國(guó)地面每年吸收的太陽(yáng)能大約相當(dāng)于17萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量（每年開(kāi)采煤炭34億噸）;目前染料敏化太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到13%太陽(yáng)能路燈太陽(yáng)能發(fā)電站野外電能供給清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室真的可以水變油嗎？

在太陽(yáng)光下，在光催化劑可以把水分解為氫和氧氣，形成綠色氫能，再與溫室氣體反應(yīng)可變成油清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室溫室氣體也可以變油嗎？在太陽(yáng)光輻照,光催化可以直接將空氣中的二氧化碳和水汽轉(zhuǎn)化為烴、醇類等有機(jī)燃料自清潔與空氣凈化視頻清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室A:降解VOC演示B:防霧自潔演示C:分解染料演示空氣凈化器凈化視頻清華大學(xué)環(huán)境與能源催化實(shí)驗(yàn)室光催化研究工作TiO2介孔薄膜光催化劑鎢酸鉍和鉬