如何提高光触媒在室内空气治理中的实际应用效果

摘 要 纳米级Ti02光触媒在环境保护方面得到了广泛的应用前景，在中国受到了广大消费者的高度重视，但实际应用过程中经常出现治理效果不甚理想，本文详细介绍了光触媒如何在实际操作过程中提高净化效果。

关键词 纳米Ti02；光触媒；光催化；空气净化；空气治理

中图分类号 X788文献标识码 A文章编号 1673-9671-(2012)052-0092-02

1 概述

1.1 时代背景

由中国环境科学学会室内环境与健康分会、清华大学建筑学院、北京大学环境科学与工程学院、气候组织和朗诗集团联合发起，对长江流域主要城市家庭室内环境中的甲醛、苯、二甲苯及甲苯浓度水平进行了采样及检测分析调查。

调查结果显示，受调查的城市居民室内空气中的总挥发性有机化合物（简称TVOCs）普遍超标，在上海、苏州、南京、武汉、重庆、成都6座大中城市中，苯的超标率相对较低，只有成都超过了10%，其他5个城市此项指标均在5%以下。甲苯的超标率最高，南京此项指标超标率高于70%，其次是重庆，达65%。二甲苯的超标率仅次于甲苯，南京该项指标超标率高于60%，成都次之，达到50%。此外，甲醛指标超标率也比较高，最高值同样出现在南京，超过40%。

温州市质量技术监督检测院2009年受理102户委托新房室内空气检测检测甲醛、苯、甲苯、二甲苯、TVOCs，结果发现有82户新房内空气质量不合格，合格率仅为19.61％；2010年受理167户委托新房室内空气检测，结果发现有142户新房内空气质量不合格，合格率仅为14.97％。

空气质量不合格对人体造成了巨大的伤害，清华大学教授张寅平表示，如TVOCs对人的中枢神经系统及血液系统具有毒害作用，它可通过呼吸道、消化道和皮肤进入人体而产生危害，引起哮喘等疾病。因为儿童每天在家时间平均为6-18小时，远高于成年人在家时间，从而引发的儿童哮喘问题非常突出。

空气污染危害已经覆盖了我们所有的家居、办公环境，严重危害人体健康，尤其是对老弱病残危害尤为严重，室内空气的污染治理显得尤为重要；各类治理公司也相继雨后春笋般创立，然而在治理过程中因为产品本身的性质与实际操作过程中的不规范与不合理造成实际治理效果不是很明显，一直困扰着各个治理公司。本文着重介绍产品在实际治理应用过程中的各个细节，以提升实际治理效果。

1.2 光触媒的概念

光触媒是指纳米材料在光的照射下，把光能转变成化学能，促进有机物的合成或使有机物降解的物质，其过程就是光触媒技术。这一过程也叫做光催化，所以光触媒技术又叫做光催化技术。光触媒材料有Ti02、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3，PbS、SnO3、In2O3、ZnS、SrTiO3和SiO2等十几种，这些半导体氧化物都有一定的光催化降解有机物的活性并且稳定、无毒。因其中大多数易发生化学或光化学腐蚀，不一定适合作为通用性的光催化剂。通常讲的光触媒都是以纳米二氧化钛为主要原料。

1.3 光触媒的发展概况

l970年，本多健一和藤岛昭（Kenichi Honda and AkiraFujishima）两人首次发现了Ti02的光催化效应。根据该效应，在光照下，Ti02能够将水分解为氢气和氧气。Honda—Fujishima因此获得了2004年度Japan Prize（日本国内的最高奖）。

纳米级TiO2光触媒主要有最初级的光触媒产品与复合纳米TiO2光触媒产品。最初级的光触媒产品，就是把单一的纳米TiO2粉末分散到水介质中去，在分散过程中需要增加一定的分散剂，以达到分散的稳定性。但是在实际应用中，该类纯纳米TiO2光触媒产品存在明显缺陷：TiO2光催化剂带隙较宽（3.2eV），只能被波长小于380纳米的紫外线才能激发，故使得对太阳光的利用率较低，净化功效只能是在强太阳光的情况下才能发挥，在实际的室内空气治理过程中往往需要使用254纳米波长的紫外灯管进行照射，光激发产生的电子与空穴很容易重新复合，导致光电子效率很低，影响了光催化活性。为了提高TiO2的光催化活性、扩大光谱响应范围、减少电子与空穴的复合，人们对TiO2催化剂表面进行了改性研究，如金属离子掺杂、半导体复合、半导体的光敏化、半导体表面贵金属沉积等，其中在金属离子掺杂和半导体复合方面的工作较为成功。由此就产生了新一代的纳米TiO2复合光触媒产品。

光触媒产品在中国尚属发展期，还有待成熟，中国抗菌制品行业协会也正在制定相应的光触媒产品的国家标准，所以该类初级的光触媒产品目前在国内还较为普遍；但随着国内光触媒技术的不断发展新一代的纳米Ti02复合光触媒产品也开始普及。

2 光触媒提升效果的分析

2.1 光触媒作用原理

光催化机理是由于TiO2电子结构所具有的特点，纳米光触媒在光照射下，价带电子被激发到导带，形成了电子和空穴，与吸附于其表面的O2和H2O作用，生成化学活泼性很强的超氧化物阴离子自由基，O2-和羟基自由基-OH，其自由基具有很强的氧化分解能力，能破坏有机物中的C-C键、C-H键、C-N键、C-O键、O-H键、N-H键，分解有机物为二氧化碳与水；同时破坏细菌的细胞膜固化病毒的蛋白质，改变细菌，病毒的生存环境从而杀死细菌、病毒。

2.2 光触媒产生作用的关键步骤

增强光触媒的作用主要是围绕着纳米TiO2增加溶解度、增加分散性、增加附着力、增加接触面积、增加光照面积、增加反应平衡移动速度，具体按施工过程施工前、施工中、施工后阐述如何增加上述特性。

1）施工前，施工前对施工表面进行清洁处理，以防表面有灰尘附着，影响光触媒的附着力，造成脱落而降低治理效果；并且通过清洁时调整家具等摆设位置，来增加施工表面，来扩大室内空气与光触媒的实际接触面积，使得表面积与室内容量比增大（S/L），从而增强整体的治理效果。在清洁过后施工时应在光触媒中加入相应的相溶剂和分散剂，以增强光触媒的有效物含量与有效物的均匀度，提高光触媒的附着力与施工均匀性，从而增强治理效果与降低光触媒的使用量。

2）施工过程中，施工过程中先摇匀光触媒再装入施工罐，调节施工喷涂枪口径，连接高压泵，开启热风，用玻璃板试喷，调整合适的口径、流量与施工距离后开始施工。通过合适的口径提升施工的分散性度与喷涂压力，增强施工均匀度与光触媒附着力；通过高压泵争强光触媒的喷出压力，提高附着力；通过开启热风提光触媒的分散性与可通过性，防止光触媒堵塞喷枪与增强光触媒的附着力。

3）施工后保养：打开门与窗户或打开排风与新风机，以排除室内空气与引入新风源，引导光催化反应的平衡向右边移动，加速有害物质的分解，增强治理效果；开启紫外光源增强光的激发作用，提高光触媒的催化作用效果，提升光触媒的治理效果；对施工表面一周内注意表面清洁，防止被灰尘遮盖与因清洁不当造成脱落，影响治理的长期有效性。

2.3 实际治理效果对照

因房间不确定因数较多，而且没步骤牵涉情况较为复杂，所以在对温州市某单位的同类源三十几个房间取8个房间同时进行TVOCs项目对比实验，施工前主要是清洁与调整家装摆设；施工中主要是摇匀、调节口径、调节热风与试施工；施工后主要是打开门、开窗、开紫光灯与防尘，实验结果如表所示。

3 小结

光触媒作为纳米技术应用于室内空气治理领域的一种新型产品，已开始进入我们的日常生活中，相信随着人们对纳米TiO2特殊性能及应用领域的不断认识，必将显示出它在室内空气治理领域无以伦比的优势，如何提高光触媒的实际效用也将成为各类研发机构与治理公司以及人们日常生活所关注的热点。将提高光触媒的实际应用效果知识普及，让全民参与空气净化，参与环境保护，还我们一片清新的空气。本文如有不妥之处还请各专家指导、交流。

参考文献

[1]王海汴,光触媒.纳米TiO2应用于空气净化领域现状及其发展[J].中国材料科技与设备(双月刊),2007,3.