也许大家或多或少的都听说过光触媒,但是否了解光触媒,这篇文章或许对您有些帮助.本文摘自稻田光触媒网站,仅供大家参考!

简介

       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-藤岛效应”。 日本将类似这种可在光照下出现光催化效应的化学材料命名为“光触媒”。国际学名(Photocatalyst)= 光(Photo)+ 催化剂(catalyst)。故也可以称光触媒为光催化材料。

光触媒

       光触媒在光的照射下,会产生类似光合作用的光催化反应,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。光触媒是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称,它涂布于基材表面,干燥后形成薄膜,在光线的作用下,产生强烈催化降解功能:能有效地降解空气中有毒有害气体;能有效杀灭多种细菌,抗菌率高达99.99%,并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理;同时还具备除臭、抗污等功能。

主要原料

        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。

光触媒 - 作用原理

       光触媒在特定波长段的光照射下,会产生类似植物中叶绿素光合作用的一系列能量转化过程,把光能转化为化学能而赋予光触媒表面很强的氧化能力,可氧化分解各种有机化合物和矿化部分无机物,并具有抗菌的作用。在光照射下,光触媒能吸收相当于带隙能量以下的光能,使其表面发生激励而产生电子(e-) 和空穴(h+)。这些电子和空穴具有很强的还原和氧化能力,能与水或容存的氧反应,产生氢氧根自由基(•OH)和负氧离子(•O )。如表1所示,这些空穴和氢氧根自由基的氧化能大于120kcal/mol,具有很强的氧化能力,几乎能将所有构成有机物分子的化学键切断分解。因此可以将各种有害化学物质、恶臭物质分解或无害化处理,达到净化空气、抗污除臭的作用。

光触媒 - 主要功能和特点

(1)全面性:光触媒可以有效地降解甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC等污染物,并具有高效广谱的消毒性能,能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理。

(2)持续性:在反应过程中,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。

(3)安全性:无毒、无害,对人体安全可靠;最终的反应产物为二氧化碳、水和其他无害物质,不会产生二次污染。

(4)高效性:光触媒利用取之不尽的太阳能等光能就能将扩散了的环境污染物在低浓度状态下清除净化。

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。

作用

        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。

特点

  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、氨、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。

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 - 光触媒的作用

 

 光触媒原理图

光触媒作为一种新兴的空气净化产品,主要有以下功能:

 

A.空气净化功能:对甲醛、苯、氨气、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等影响从类身体健康的有害有机物起到净化作用。

 

B.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。

 

C.除臭功能:对香烟臭、厕所臭、垃圾臭、动物臭等具有除臭功效。

 

D.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。

 

E.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。

 

 光触媒 - 光触媒的缺陷

 

  1.需要尽量保持室内的光线,为光触媒提供一个好的工作条件,同时光触媒与其他被动空气净化产品一样,都需要空气中的有害物质与其表面接触才能发生反应,所以需要增强室内空气的流动性,保持一定的通风是有好处的。

  2.光触媒既然叫“光”触媒,就必须要有光才能有效,最好是在紫外线照射下,目前一些较好产品也可以在可见光的紫外线部分照射下发生作用,但是仍然需要光线,所以光触媒类产品主要用于墙面施工,对于家具柜子、抽屉等效果不明显;

 3.另外就是光触媒需要专业人员使用喷枪施工,个人无法自行施工;

 4.光触媒只能吸附游离在空气中的有害物质,对污染源没有效果,不能从根源上解决室内污染。

光触媒 - 应用领域

 A.生活工作的场所:起居室、办公室、会议室、计算机房、演讲厅、宴会厅、 公寓、汽车等;

 B.保健医疗公共娱乐社区:医院候诊室、病房、生育保健中心、幼儿园、宠物医院、养老院、宾馆、公共卫生间、吸烟室、卡拉OK房、饭店等;

 C.特定场所:学校、饭店、实验室、食品加工场、家禽家畜饲养场等;

 D.立区域及用具:家庭厨房、梳理台、餐厅、餐具、浴室、浴缸、厕所、马桶、客厅、窗帘、墙壁、天花板、玩具、家具、储水槽、垃圾、书房、吸烟区等生活区。

光触媒 - 几种简单鉴别方法

 目前市场上光触媒产品鱼龙混杂良莠不齐,在这里就向大家介绍几种简单光触媒鉴别方法。

一、颜色

 光触媒的作用大小是由主要原料 -二氧化钛的颗粒大小决定的,颗粒越小,光催化效果越好。优质光触媒原液中的二氧化钛为纳米级,光触媒外观呈无色液体、半透明液体或乳白色液体,优质光触媒由于光触媒的核心技术即分散技术较好,一般不会有沉淀或只有少许沉淀,而劣质产品由于材料选用差、分散工艺差等原因,会导致有大量白色沉淀,这种沉淀决不是所谓的纳米二氧化钛含量高所致,而完全是材料及技术原因造成的, 有些产品为粘稠度很高的浆状,这种产品一般不是因为纳米二氧化钛含量高所导致,而是其选用的黏合剂(这种产品多数为有机黏合剂,会因为有机黏合剂会被光触媒逐渐分解的原因而造成产品稳定性能差)以及分散工艺落后所致。

二、气味

质量好的光触媒为无味的水溶液,如果打开装光触媒液包装的瓶盖子,有异味 :如酒精味,树脂味,其它有机物气味,则均为劣质光触媒,有严重二次污染。

三、在光照下产品的颜色变化

假劣光触媒使用了有机粘合剂,分散剂等有机物加在钛白粉中制成,它会在阳光的直射下几小时内会变黑。因为钛白粉在光照下也能有微弱的光催化反应发生   ,氧化了其溶液中的有机物成分。好的光触媒液采用的是无机粘合剂,在光照下没有产品的颜色变化。

四、测酸碱度PH值

在化学试剂商店购买一包 PH值试纸,价格在2元左右;把试纸插入光触媒中测量PH值。优质的光触媒产品是中性的,PH值接近7,不会对物体产生腐蚀作用。劣质的光触媒生产工艺过程中使用了强酸或者强碱,PH值在6以下或者大于8,腐蚀作用明显,一段时间后墙面或家具,织物表面会变色,如果经销商进了这样的货,等着用户索赔吧。

五、室内自然光下的氧化能力测试

好的光触媒可以在室内可见光下表现出效果,劣质产品只能被紫外线激发,只能在室外使用,室内使用效果极差,在化工商店购买一瓶甲基蓝 (一种有机染料),制成100ppm(万分之一)浓度的溶液,将甲基蓝溶液滴入装光触媒的玻璃试管,放置在室内,能够使甲基蓝褪色的光触媒质量好,褪色不明显的是劣质光触媒。也可以采用红墨水的方法,蘸取少许红墨水在光触媒溶液中搅动至微红色(颜色太重可能会导致分解时间过长,不易于短时间内判断),放置在太阳光下,优质光触媒几个小时就会有明显的分解效果,而假劣光触媒即使放上几天也不会有什么变化。这种方法的判定首先应判断光触媒的PH值的基础上。

六、客观科学地判断产品说明

光触媒是通过吸收光的能量后表现催化剂作用的,无光状态光触媒没有能量来源,自然没有效果。那些宣称无光状态也具有消除甲醛作用的光触媒,无非是因为本身产品质量不过关加入了甲醛清除剂来应付治理后的检测,这是对消费者极不负责任的。甲醛清除剂,装修除味剂等有很快的除味效果,但是它的作用只有几天时间。随着甲醛从板材,粘合剂中不断游离出来,治理后的房间不久又会超标,并产生的二次污染。这些假冒伪劣产品的生产厂还编造出许多诸如冷触媒,自然触媒等新名词来欺骗经销商和消费者,这样的产品我们当然不能用。试想光触媒真正的技术发展过程不过短短几年,日本、韩国等光触媒技术发达国家尚且没有研制出所谓的无光可以起作用的光触媒(冷触媒,自然触媒),而中国又怎么能到处都出现这样的产品哪?所以消费者应该学会科学客观的去进行判断。

 



室内甲醛超标为什么家庭的更严重
除甲醛公司提示:儿童房甲醛超标的原因找到了

上一篇

下一篇

深入的了解光触媒

本网站由阿里云提供云计算及安全服务