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○光触媒介绍

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简介编辑

1967年,日本东京大学的本多建一教授和博士班学生藤岛昭发现,用光照射二氧化钛电极可进行水的电解反应。这就是著名的“本多作用的光催化反应,将空气中的水或氧气催化成氧化能力极强的羟基自由基(·OH)和超氧阴离子自由基(O2·)、活性氧(HO2·,H2O2)等具有极强氧化能力的光生活性基团,这些光生活性基团的能量相当于3600K的高温,具有很强的氧化性,
这些强氧化性基团可强效分解各种具有不稳定化学键的有机化合物和部分无机物,并可破坏细菌的细胞膜和凝固病毒的蛋白质载体。

2主要材料编辑

光触媒材料主要有纳米TiO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、ZnS、SrTiO3、SiO2等,2000年以来又发现一些纳米贵金属(铂、铑、钯等)具有更好的光催化性能,但由于其中大多数易发生化学或光化学腐蚀,而贵金属成本则过高,都不适合作为家居净化空气用光催化剂。
在所有的光触媒材料中,纳米TiO2不仅具有很高的光催化活性,且具有耐酸碱腐蚀、耐化学腐蚀、无毒等优点,价格也适中,具有较高的性价比,因而市场上大多使用纳米二氧化钛作为主要原材料。
纳米二氧化钛(TiO2)是一种半导体,主要有锐钛型(Anatase),金红石型(Rutile)及板钛型(Brookite)三种晶体结构,其中:
板钛型晶体稳定性差,一般认为不具备光催化活性。
锐钛型晶体具有比金红石型晶体更强的光催化性能,耐候性和附着性也很好,纳米无机包覆稳定,市场价格高于金红石型晶体。
纳米氧化锌(ZnO)粒径介于1-100 nm之间,是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品,表现出许多特殊的性质,如非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等,利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能,可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。在橡胶、陶瓷、纺织、印染、国防工业领域具有广泛的应用。
纳米二氧化锆(ZrO2)呈高纯度白色粉末状,无臭、无味。低温时为单斜晶系,高温时为四方晶型。具有高的折射率(折射率2.2)和耐高温性。有良好的热化学稳定性、高温导电性和较高的高温强度和韧性,具有良好的机械、热学、电学、光学性质。其中HT-ZrO-01为单斜晶型,HT-ZrO-02为四方晶型。纳米氧化锆颗粒尺寸微小、是很稳定的氧化物,具有耐酸、耐碱、耐腐蚀、耐高温的性能,可用于功能陶瓷和结构陶瓷,以及宝石材料。

3性能编辑

一般科学意义上的光触媒是单质粉末状的,而进入市场大多是混合液态状的,这个必须要区别开来。
截至2013年,还没有用肉眼区分光触媒优劣的可靠方法,选择光触媒要谨记一点:
不看广告看报告,广告可以作假,但一些国家级的报告还是可信的,要仔细查验国家专利报告、技术查新报告、技术检测报告、工程验收报告等。

光波吸收范围

(以市面最多的光触媒纳米二氧化钛为例)。
纯净的纳米二氧化钛粉末,只能吸收400nm以下的紫外光,在自然环境下,紫外光占有比例较低,不足自然光的10%,因而纯净的光触媒基本没有使用价值。
所以,为使光触媒可以吸收可见光,甚至吸收远红外光,必须采用特殊材料的配制掺杂技术。
比如采用固相合成、过渡金属离子和非金属离子掺杂、金属-有机络合物、表面敏化、半导体复合等多种方法,对光触媒进行可见光诱导。2000年以来,还发现纳米贵金属(铂、铑、钯等)与光触媒材料进行配位螯合后,会极大提高光生载流子的分离效率和抑制电子-空穴的重新复合,从而进一步拓宽了光触媒的光波吸收范围,这些纳米贵金属也被称为“光触媒的维生素”。日本汽车尾气净化装置已大量使用纳米贵金属制成的催化剂。
纯净光触媒技术只能在紫外光下作用,这已经是2000年前的技术了。21世纪国际光触媒技术的发展方向是化学配位键螯合功能元素掺杂技术,使用这种技术可以极大增强光触媒材料的光催化协同效应,从而可以吸收可见光,甚至可以吸收远红外光。
2003年,中国首先发明远红外光触媒技术,标志着在光触媒的光波吸收技术上,已经超出世界水平。【见中国化工信息中心《查新报告(2003-021)》】

耐候性

光触媒产品经受气候的考验,如物理磨损、冷热、自身晶格缺陷等造成的综合破坏,其耐受能力叫耐候性。
纯净的光触媒粉末不具有实用性,很简单,风一吹就没了,所以必须做成粘合型的溶液,而且溶液干燥后会吸附在各类家具表面,不容易磨损及掉落。要实现这个性能,不添加黏合剂是做不到的,所以不含黏合剂的光触媒溶液产品要么是炒作,要么就是干燥后会大量掉落。
纯净光触媒在光照射下,除了能发生光催化反应外,还会发生光化学活性反应,这种光化学活性反应是由光触媒内在晶格缺陷引起的,这种反应会释放新生态氧[O],新生态氧通过物质迁移,与光触媒本身及家具表面材料进行反应,会导致物质有机聚合物氧化、降解,最终造成涂膜的粉化和失光,缩短其使用寿命,造成家具表面失色或斑驳。所以,必须要对光触媒进行特殊工艺的无机包覆,从根本上解决光触媒的光化学活性反应问题。
  • 由上两条可知,将光触媒产品是否纯净,是否含有分散剂作为评价光触媒性能是否优劣的标准是不科学的。
  • 纯净的光触媒只能吸收紫外光,可吸收可见光甚至远红外光的光触媒必然螯合了其他活性催化材料。
  • 有效接触浓度

    光触媒本身是一种催化剂,不直接参与降解反应,它通过吸收光能把水或氧气转化成强氧化活性基团,而强氧化活性基团使空气污染物降解,所以必须直接接触到水分子或氧分子。
    因而,在浓度因素中,决定光触媒性能的是有效接触浓度,即可以与水或空气接触的光触媒浓度,而不是某一种产品的浓度。比如一块二氧化钛瓷砖,如果大量的二氧化钛被封闭在瓷砖内部,就算浓度再高,又有什么意义呢?
    在喷涂产品中,有效接触浓度不仅与溶液中光触媒浓度有关,而且与喷涂工具、喷涂手法等现场工艺有关。另外,与产品附着性也直接相关,如果干燥后出现大量剥落,就算初始“浓度”再高,又有什么意义?
    而且一般光催化反应都是多相光催化过程,反应过程都在界面发生。光催化反应效率由催化剂自身的量子效率和反应过程条件两个方面决定。光催化材料表面的微观结构也很重要,它直接影响了光催化反应的效率。好的光催化材料微观表面应该是粗糙的、凹凸不平的(以原子力显微镜微观结构照片为准就像遍布陨石坑的月球表面),这样可以增加捕捉甲醛、VOC等有机物气体分子的机率,产生纳米界面材料的二元协同效应进而增强降解净化能力。

    纳米细度

    根据不同光触媒材质不同而不同,一般认为,纳米细度大于50纳米的光触媒基本不具备光活性,30纳米以下较佳。纯净光触媒的纳米细度可以做到5纳米左右,但只能在紫外光条件下作用。螯合了活性催化元素的光触媒一般分子直径较大,因为螯合元素越多,直径自然越大,当然,螯合越多,光波吸收范围也越宽,螯合型光触媒产品的最佳纳米细度为8~10纳米。
    一般情况下,在相同光波吸收范围下,光触媒纳米细度越小,催化性能越强,但纳米细度也不可能无限降低,一是细度越小,制作成本越高,性价比不高,二是光具有波粒二象性,当材料纳米细度少于一定程度后,会降低粒子性光能的吸收率,三是细度越小,后期越容易团聚。故优质光触媒一般纳米细度均为5~10纳米。

    负氧离子特性

    光触媒在进行光催化反应的时候,会产生超氧阴离子自由基(O2·),伴生负氧离子。
    但可以达到最佳的负氧离子释放功效的光触媒,必须是可吸收远红外光谱,只有这样,白天、晚上及无光的橱柜里,才可全天候释放负氧离子。

    4产品编辑

    逾10年行业成熟治理技术,最前沿的安全解决装修和新车污染治理产品之一,当前国际上治理室内环境污染杀菌最理想的材料。
    产品特点:源头分解,持久净化,除甲醛,治理甲醛中毒
    产品分类:绿驰纳米光触媒室内净化喷剂、绿驰纳米光触媒汽车净化喷剂
    使用范围:新装修、新家具、新车
    主要成分:纳米级二氧化钛
    安全性能:食品级安全性,无毒、无害,对人体安全可靠,不会产生二次污染。二氧化钛是FDA(美国食品及药物管理局)规定可作为所有食品着色剂使用。
    做最好的光触媒:治理时只需一次喷涂即可,在常温下迅速固化。二氧化钛胶体浓度大于1%,纳米粒径小(5纳米左右),纳米颗粒均匀,只有二氧化钛和水,无气味、无分散剂、无黏结剂、不含重金属,分散均匀,无沉淀,稳定性好,长期放置不会分层,附着力好,晶型为锐钛矿型,且晶化度好,褪色性能好,光响应范围移动至波长为600nm的可见光区,PH值中性(5.5~8.5),乳白色。
    1、产品参数:
    二氧化钛浓度:1.18%,常用光触媒浓度0.5-0.8%,若无添加剂,光触媒浓度达到1%时,性能已经非常优异。
    光触媒粒径:平均粒径大小约为5NM,除实验室外,国际上在规模化生产中能达到10纳米以下的还很少。
    分散技术:无需添加分散剂就能使光触媒分散均匀、状态稳定,长时间放置不分层。分散技术是光触媒的专利技术之一。纳米二氧化钛粒子容易团聚,如果分散技术不好,将会形成较大个体的二氧化钛颗粒,这与光触媒技术要求的纳米技术(大比表面积)相违背,处理能力急剧下降。
    粘合技术:不需添加任何黏结剂,附着力达到最高级黏度0级。
    可见光技术:光催化对光的响应范围移动至波长为600nm的可见光区,在非常微弱的光线条件下,绿驰光触媒也能发挥作用。据资料显示,达到550nm的产品几乎还无法进行批量生产。
    防二次污染技术:光触媒成分只有二氧化钛和水,不含可能引起过敏的重金属。
    2、污染物降解率
    甲醛降解率:12小时70.9%、24小时91.1%、36小时94.3%。
    苯降解率:12小时78.1%、24小时95.7%、36小时97.2%。
    氨降解率:12小时66.7%、24小时88.3%、36小时92%。
    TVOC降解率:12小时74.5%、24小时93.9%、36小时96.5%。
    强效抗菌:对大肠埃希氏菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯氏菌等抗菌率均为99.99%[1]
    有效防霉:达到最高防霉等级0级。

    5特点编辑

    全面性

    光触媒是目前国际上最安全和最洁净的环境净化材料,在欧美和日本、韩国等区域广泛运用,美国宇航空间站净化工程、海上油污降解工程和日本公交公司消毒工程均使用光触媒进行处理。
    光触媒可以有效地降解甲醛、苯、甲苯二甲苯、TVOC等污染物,并具有高效广泛的消毒性能,能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理。

    持续性

    在环境污染不严重的条件下,只要不磨损、不剥落,光触媒本身不会发生变化和损耗,在光的照射下可以持续不断的净化污染物,具有时间持久、持续作用的优点。
    但如果环境污染比较严重时,一些硫酸根和硝酸根离子会影响光触媒的寿命和效果,会出现失活现象,可以通过相关技术工艺回复活性。

    安全性

    无毒无害,对人体安全可靠;不会产生二次污染

    6作用编辑

    光触媒作为新兴的空气净化产品,越来越多的应用于车内的空气净化,如净呼吸光触媒等,主要有以下功能:

    空气净化功能:

    对甲醛、苯、氨气、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等影响人类身体健康的有害有机物起到净化作用。

    负氧离子功效:

    释放负氧离子,中科院理化技术研究所对国内某光触媒进行检测后发现,使用优质远红外光触媒喷涂100平米建筑面积的房间,相当于种了25棵白桦树的净化效果。

    杀菌功能:

    对大肠杆菌、黄色葡萄球菌等具有杀菌功效。在杀菌的同时还能分解由细菌死体上释放 出的有害复合物。

    除臭功能:

    对香烟臭、厕所臭、垃圾臭、动物臭等具有除臭功效。

    防污功能:

    防止油污、灰尘等产生。对浴室中的霉菌、水锈、便器的黄碱及铁锈和涂染面褪色等 现象同样具有防止其产生的功效。

    净化功能:

    具有水污染的净化及水中有机有害物质的净化功能,且表面具有超亲水性,有防雾、易 洗、易干的效能。

    7新技术编辑

    纺织品处理

    纺织品或多或少都含有微量的甲醛或者其它有害物质,经过光触媒处理后的纺织品不仅可以有效的降低甲醛等有害物质的含量,而且纺织品在使用过程中也容易清洗。

    地板护理

    传统地板精油只是养护地板的作用,而通过添加光触媒,制作成光触媒木质精油,实现了对地板保养的同时,还起到净化空气除甲醛的作用,尤其是地板见光性好,光触媒作用更强。

    陶瓷、卫浴领域应用

    陶瓷、卫浴在给人们带来生活便利的同时,也附带产生了一个问题——卫生清洁,这是一直以来困扰了人们的问题,尤其是马桶,洗漱盆等,长期使用后都会产生一定的异味或者污垢,普通清洁有很难去除,在经过多年实践应用后,光触媒被很好的融合到了陶瓷、卫浴的生产工艺,通过在陶瓷表面负载一层光触媒,不仅易于清洁,而且还有助于分解异味,防止污垢附着,极大的提高了陶瓷产品的清洁容易度

    8传统比较编辑

    品名类别
    净化原理
    净化效能
    本身毒性
    醋、橘皮、空气清新剂等
    以本身气味遮挡污染物的气味
    无功效
    反而会减弱人体呼吸系统对污染气体的应激性反应,从而吸入更多有害气体
    醋与橘皮等无毒
    空气清新剂低毒
    植物
    吸收,并体内少量分解
    有效,但很微量,杯水车薪,对整个空间来说,几盆植物基本没什么作用。
    而且植物有最低吸收值,即当污染物浓度降低到一定数值时,植物不会再吸收。甲醛最低吸收浓度大致是0.18mg/m³。
    植物去除污染的效能不佳,但可作为室内污染的晴雨表,如植物发黄、枯萎,说明室内污染很严重。
    无毒性
    白天吸收二氧化碳,释放氧气;
    晚上吸收少量氧气,释放二氧化碳
    竹炭、活性炭及硅藻泥
    吸附,不能分解
    吸附,但很微量,杯水车薪,对整个空间来说,基本没有作用。
    吸附一定污染量后会饱和,晒太阳回复活性不科学,加热温度至少在150℃以上。
    吸附饱和后,本身成为污染源

    纳米吸附
    对大多数空气污染有强效的吸附作用
    经太阳暴晒或微波炉加热后可恢复吸附能力
    纯天然无毒性
    甲醛捕捉剂及甲醛清除剂
    中和或氧化分解
    主要针对甲醛,可强效中和或分解甲醛,但对苯系物、TVOC等空气污染作用甚微
    反应物反应结束后无作用,短期性
    微毒
    有二次污染
    光触媒
    氧化分解
    对大多数空气污染有强效的分解作用
    对大多数细菌、病毒有杀灭作用
    作为催化剂,只要不脱落,可长效作用
    无任何毒性
    无二次污染

    光波吸收范围

    假冒的光触媒使用劣质化工氧化剂,没有光催化功效,不会吸收光波,价格非常廉价。
    纯净的光触媒产品制作工艺简单,只能在紫外光下作用,价格较低。
    可见光光触媒制作工艺较复杂,价格偏中。

    耐候性

    一要看纳米无机包覆技术是否过硬,包覆越稳定,内部光化学活性反应越微弱,越不容易老化剥落,也越不容易损坏家具,但包覆工艺越复杂,成本也越昂贵。
    二要看添加剂黏度是否合适,但由于黏度较大的光触媒不容易干燥,而且有粘性,用户较难接受,因而很多厂家都往轻粘性方向发展,但时间长了容易掉落。
    因而,不同的光触媒性能差异很大,在选择光触媒净化产品时,应多方面考虑家庭实际,选择最合适的净化方式。

    永久有效

    光触媒不是永动机,也不是恒久稳定的物质,它只是一种净化材料,就连黄金也会随时间磨损和氧化,更何况是二氧化钛。从理论上来讲光触媒确实可以永久发挥作用。但在现实应用上还存在条件问题,光触媒寿命长短跟3个因素直接相关:
    物理磨损 比如经常用粗糙物体擦洗,或尖锐物体在墙壁上划了一下,但总体来说物理损害较小。
    空气中的某些气体 (大气污染较为严重的城市环境)如SO2可能被氧化成硫酸根离子,NO2可能被氧化成硝酸根离子,从而影响光触媒的使用寿命和效果,从而出现光触媒失活现象,失活后,可以通过相关技术工艺来回复活性。
    光触媒内部由于晶格缺陷 光化学活性太强,会氧化降解有机物基材(如油漆、皮革、织物),使基材表面腐蚀、变色、粉化,光触媒涂膜粉化、剥落,最终影响使用寿命。这个21世纪以来可以通过无机包覆技术解决。
    因此,我们一般把光触媒称为是半永久净化材料,光触媒有效期长短可参考日本公交系统的消毒制度,日本公交车使用光触媒喷涂后,5年内可不进行其他消毒方式,由此可认为:
    在公用场所,使用优质光触媒喷涂后,净化杀菌效果至少可保证5年。
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