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光触媒技术介绍

【字体: 】【2008-1-14】 【作者/来源 蜀山区科技局】 【阅读: 次】 【关 闭

 

一、光触媒知识问答

(一)、光触媒知识

1、光触媒历史

1968年当时东京大学的研究生滕岛昭偶然的情况下发现了光触媒。

1999年由于纳米技术得到了突破性进展,光触媒终于正式登上了国际研究舞台。

2001年,光触媒产品全面介入家庭日常生活,并在短短的半年时间,迅速席卷欧美及东南亚发达国家和地区,成为家庭主要消费产品之一,而且奇迹般的以年平均4.6%递增。光触媒已经成为发达国家老幼皆知的环保代名词。并于年末,首次应用于美国空间站的空气净化。

2、光触媒是什么?

光触媒[Photocatalyst]是光[Photo=Light]+触媒(催化剂)[catalyst]的合成词。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,是当前国际上治理室内环境污染的最理想材料。
   
光触媒在光的照射下,会产生类似光合作用的光催化反应,产生出氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧,具有很强的光氧化还原功能,可氧化分解各种有机化合物和部分无机物,能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质,可杀灭细菌和分解有机污染物,把有机污染物分解成无污染的水(H2O)和二氧化碳(CO2),因而具有极强的杀菌、除臭、防霉、防污自洁、净化空气功能。

3、光触媒反应机理是什么?

   二氧化钛见光会产生正、负电子,正电子与空气当中的水分子结合产生氢氧自由基,实践证明,氢氧自由基具有强大的氧化分解能力,它能分解几乎所有的有机化合物和一部分的无机物,将它们分解成无害的二氧化碳及其他物质,而负电子与空气当中的氧结合会产生活性氧,也就是超级氧化离子,超级氧化离子也具有很强的氧化分解能力,它可以破坏细菌、霉菌这些有机物的细胞膜,固化病毒的蛋白质,在杀菌的同时还能分解细菌尸体上释放出的有害复合物。

4、光触媒有什么样的作用?光触媒作为一种新兴的空气净化产品,主要有以下功能 

1.     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。

2.     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。

3.     除臭功能:对香烟臭、厕所臭、垃圾臭、动物臭等具有除臭功效。

4.     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。

5.     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。

(二)、光触媒问答

1、光触媒的作用时间是多久?对光线的要求有多高?

答:光触媒作为一种光催化剂,自身不起变化,却可以促进化学反应的物质,就像植物的光合作用中的叶绿素。光触媒在太阳光或室内荧光灯的照射下能产生抗菌、除臭、油污分解、防霉防燥、空气净化的作用。由于它只是提供了反应的场所,而本身并不参与化学反应,所以自身物质不损失,所以它的作用效果是持久的。也就是说,只要它的表面不被破坏,它就像一个长期不停作用的空气净化器,时刻为您起到杀菌和净化空气的作用。光触媒的发现已经有了很长的历史,但是一直得不到实际应用,就是因为最早的光触媒对光线要求很苛刻,即使现在市面上存在的光触媒产品,也需要在400NM以下紫外线照射下才能激发它的光催化作用。而“怡居”光触媒产品,选用多种纳米金属材料,采用高科技纳米材料搀杂工艺,并独特添加了稀土元素,使光催化效率得到了大幅度提高,尤其是对光线的要求已上升到560NM以下的可见光范围。

2、紫外线灯的用途?

    答:紫外线灯主要起到杀菌、消毒的作用,由于紫外线的波长很短,本身含有很高的能量,它可以更快速的激发光触媒产生一系列的光催化反应。

3、光触媒真的有那么好的效果吗?

光触媒是在纳米技术上的一个应用,其性能在国际上都得到了普遍认证,国内也开始在多个领域进行了实际运用,并得到了普遍的认可,并被成为21世纪最有发展潜力的产品之一。在实际应用当中也有很多的实例:比如说非典盛行期间,台湾政府办公楼就用光触媒进行了处理,日本普遍在学校,公共场所,交通工具中使用,日产蓝鸟汽车、国产宇通客车等都进行了光触媒处理,甚至一些医院、采血车等也都进行了光触媒处理,所以,其功效是得到了普遍认可的。

4、光触媒产品和其他传统产品有什么不同?

光触媒作为一种新兴的高科技产品,具有全方位去除室内环境污染的特点,它不同于传统产品,只能针对造成室内污染的个别污染源进行治理,比如说甲醛清除剂,只能对甲醛有一定的分解作用,而对苯系物污染、TVOC等一点作用也没有,更不用说有杀菌作用了。怡居光触媒则不同,它不但可以分解各种有机有害气体,还可以起到杀菌、防霉、防污、自洁的作用,另外最大的优点就是具有功效长久性,一次使用,可以长久拥有一个健康的生活空间。

5、光触媒光催化反应分几个步骤?

光触媒进行光催化反应可以分为下列几个步骤。

(1)       反应物、氧气及水分子吸附于二氧化钛表面。

(2)       经光照射后,二氧化钛产生电子及空穴。

(3)       电子和空穴分别扩散到二氧化钛粒子表面。

(4)       电子、空穴和氧及水分子形成氢氧自由基和活性氧。

(5)       氢氧自由基和反应物进行氧化反应。

产物再由二氧化钛表面脱离。

6、什么是纳米技术?

答: 纳米科技为纳米尺寸下的科学技术。纳米是长度的单位,数字符号为nm.一纳米为十亿分之一米,相当于十个原子串联起来的长度,若以一米比为地球直径,一纳米大约为一个玻璃珠的直径。一般的来说,只要尺寸在0.1100纳米之间的材料结构的物理化学性质研究,和这种材料结构的制造、操纵和测量等技术和仪器的研发,都可以称作为纳米科学和技术。

7、为什么选择Tio2作为光催剂?

答: 二氧化钛又名氧化钛或钛白,化学式为Tio2,俗称钛白粉,是应用最广、用量最大的一种白色颜料。其产量占有全球颜料总产品的70%。二氧化钛原本就与人类的生活息息相关,因其无毒无害,故应用的层面相当广泛!二氧化钛是不溶于水的白色固体,它具无毒的特性,它与氧化钛或其它氧化物合用可作为色釉或色素,常用于化妆品工业及食品工业中,是世界标准的食品添加物。“怡居”光触媒原料中的二氧化钛,经光照形成带正电的空穴,如空气中的氧和带负电的电子结合形成负氧离子,而空气中的水和带正电的空穴结合后产生氢氧自由基。

一般被使用在颜料上的钛白粉及抗UV的化妆品的二氧化钛为锐钛型或是锐钛型与金红石型掺杂的结构,而用来作为光触媒材料的二氧化钛则为锐钛结构。二氧化钛的化学稳定度相当高,除热浓硫酸之外,其它溶剂(如水、有机溶剂)均难以溶解。二氧化钛在室温时为绝缘体,高温时具有少许的导电性,当经过紫外光照射时会诱发半导体的导电性。TiO2因具有强大的氧化还原能力、高化学稳定度及无毒的特性,常被用来作为光触媒的材料。

8、二氧化钛的使用安全吗?

答:由美国食品及药物委员会(FDA)之食品测试研究所证明二氧化钛(Tio2)为一安全物质并对人类无害。Tio2亦被广泛应用于食品、日用品、化妆品及耕种中。Tio2光触媒反应仅为表面反应,系单纯使附(接触)在表面的物质与游离基反应与臭氧净化机理不同,在空气中几乎不可能释出游离基,对人体完全没有影响。另外,二氧化钛在此作用中不会产生额外副产物,纯由可见光及紫外线引发的作用。

9、光触媒的使用效果会持续多久?

答: 光触媒的效果是半永久性的,这种特性就像铁会导电,但本身并不发电,因此不会消耗本身的能量一样。而“怡居”光触媒是一种功能涂料,喷涂3天即可达到它的最佳硬度3H铅笔硬度。这种硬度会保证一般程度的触摸、洗涤等不会损害光触媒涂层的表面完整性,但若是刻意以钢刷刷洗还是会被磨损。另外光触媒的原料二氧化钛不溶于水,且具有抗酸碱性,因此不受酸雨的影响可施工于建筑外墙。光触媒必须经受光照催化才能产生反应,所以必须始终维持在表面上,一旦被覆盖便无法发挥效果,如重新粉刷、贴(或更换)壁纸,磁砖等。

10、光触媒是否对可见光有效?

答:是。我公司光触媒经过特殊的可见光敏化工艺处理,可以充分的利用可见光(包括日光灯、白炽灯、节能灯等)的能量来进行光催化反应。

11光触媒可以稀释使用吗?

答:不可以。首先,光触媒用水稀释会影响溶液的平衡,造成光触媒原液变质。另外,稀释后影响光触媒与各种材料的黏结效果,造成使用寿命下降。

12、和其它室内空气净化手段相比,光触媒有哪些优势?

 答:A 净化的彻底性:光触媒是分解污染物而不是吸附污染物,发生的是质变而不是量变;对污染物具有不可逆的彻底分解:

B 净化的广泛性:能对室内几乎所有的细菌、病毒和有机污染物起到强效分解作用;特别是对人们不易感知的细菌和病毒进行彻底分解。

C 净化的安全性:最终产物是二氧化碳和水,对人体无害,不公产生类似消毒剂对环境产生的二次污染。

13、光触媒对基材的腐蚀作用吗?

   答:从光触媒本身来说,它性质稳定,不会腐蚀其他材料,也不会为其他材料所腐蚀。另外,在实际的施工应用中还没有腐蚀现象发生。据最新的研究表明,金属表面涂膜光触媒还具有防腐、防锈的功能。

14、光触媒的效果好坏是不是取决于纳米二氧化钛的固含量?

答:不是。纳米二氧化钛的含量光触媒的效果好坏取决于几个方面,最主要是它的工艺,我们都知道,纳米二氧化钛的价格并不高,即使用10%的纳米二氧化钛,也增加不了多少成本,而关键是你的分散工艺是不是好,还有就是选用的复合材料,是不是能使光触媒的光催化效率尽可能得到最有效的发挥,比如我们在光触媒中使用纳米二氧化钛和其他纳米材料以及稀土元素,就是为了提高纳米二氧化钛的光催化率及提高光触媒对光线的要求条件。进口光触媒纳米二氧化钛的固含量都不高,但是其效果却很好。除此之外,影响光触媒效果的还有纳米二氧化钛的粒径以及所选用的粘合剂等,所以说,固含量只是其中一个并不是很重要的指标。

15.室内相对湿度对光触媒的活性有没有影响?

答:因为光触媒的反应只需要很少量的水来产生自由氢氧基,在北方干燥地区湿度低的情况下,空气中的水分都已经是过量的了,另外,有机物分解后都会有水生成,这样这部分水可以重新利用;在湿度高的情况下,即使是在光触媒表面有水膜覆盖,也不会影响到它的活性,因为光触媒已经成功地应用于水处理领域。因此可以说光触媒的活性与室内的相对湿度没有太大的关联,也不会因此对于光触媒的活性产生影响。

16.施工后多长时间能够达到最佳效果?

答:光触媒喷涂后三个小时即干燥,在常温条件下三天后达到最佳的硬化程度。对于一般的室内污染程度,光触媒喷涂后3-7天左右就会有明显的效果。

室内环境主要污染物、常见病发症及危害

1、室内装修污染

主要包括各种建筑材料散发的甲醛、苯、甲苯、二甲苯、TVOC、氨气、氡气等。

甲醛——为无色气体,其对皮肤和黏膜有强烈的刺激作用,对视丘及视网膜有较强的损害作用。中国室内装饰协会室内环境监测中心对北京、辽宁、山东、上海等省市进行现场调研,发现室内装饰5个月后,甲醛的含量可低于0.1mg/m3;装饰7个月后,甲醛的含量可降至0.08mg/m3以下,但是当含量在0.06-0.07mg/m3时,儿童可能会发生气喘。室内空气中甲醛主要来源于室内装饰用的胶合板、细木工板、中密度纤维板和刨花板等人造板材,这些板材释放的甲醛是形成室内空气中甲醛的主体。另外贴墙布、贴墙纸、化纤地毯、泡沫塑料、油漆和涂料等由于含有甲醛成份也可能向外界释放甲醛气体。

苯、甲苯、二甲苯——为无色至浅黄色透明油状液体,具有强烈芳香气味,属于室内挥发性有机物。苯于1993年被世界卫生组织(WHO)确定为致癌物。暴露于不同含量水平的苯蒸气下所引起的健康效应如下表:

效 应

描 述

暴露时间

20℃)水平/mg/m3

死亡

5-10min

64800

中枢神经系统

头晕、倦睡、头痛、恶心

数小时

810-1620

致突变

染色体变异

数年

64.8-324

致癌

急性非淋巴白血病(ANLL

数年

64.8-162

中国室内装饰协会室内环境监测中心于19992-8月对北京市朝阳区和海淀区装修后的办公室内空气污染现状进行了综合调查,发现室内苯的平均含量范围在0.42-0.56mg/m3之间。苯、甲苯、二甲苯在各种建筑材料的有机溶剂中大量存在,比如各种油漆的添加剂、稀释剂和一些防水材料的添加剂中。在日常生活中,苯也用作装饰材料、人造板家具、黏合剂、空气消毒剂和杀虫剂的溶剂。

总挥发性有机物(TVOC

TVOC指其他各种易挥发性有机物的混合物,暴露于不同含量水平的TVOC下所引起的健康效应如下表:

含量范围(mg/m3

描述

<0.2

舒适范围

0.2-3

多因素暴露范围

3-25

不舒适范围

>25

毒性范围

中国室内环境监测部门于19973-6月对北京大学园区室内空气污染进行了综合调查,发现室内总挥发性有机物(TVOC)的平均含量为2.78mg/m3 TVOC主要来源于建筑材料、室内装饰材料、纤维材料和生活及办公用品等。

--是天然放射性气体,无色无味。氡在空气中形成放射性气溶胶而污染空气,长期吸入高含量氡可诱发肺癌。从20世纪60年代末期首次发现室内氡的危害至今,科学研究发现,氡对人体的辐射伤害占人体所收到的全部环境辐射中的55%以上,对人体健康威胁极大,其发病潜伏期大多都在15年以上。我国存在着严重的氡污染问题,1994年以来我国对14座城市的1524个写字楼和居室进行调查发现每立方米空气中氡含量超过国家标准的占6.8%,含量最高的情况超过国家标准的6倍!据不完全统计,我国每年因氡致肺癌为50000例以上。专家研究表明,氡是除吸烟以外引起肺癌的第二大因素,世界卫生组织已经把它列为19种主要的环境致癌物质之一。室内氡的来源主要有以下两个方面:(1)从房基土壤中析出的氡;(2)从建筑材料中析出的氡。1982年联合国原子辐射效应科学委员会的报告中指出,建筑材料是室内氡的最主要来源,特别是天然石材,易释放出氡。--无色有强烈刺激性气味,对皮肤、呼吸道、眼睛有刺激损伤,可发生支气管炎,皮炎。主要来源于混凝土防冻剂、厕所臭气等。

石材--根据放射性元素含量的高低,天然石材一般分为三类(分别称为ABC类)。

A类石材放射性元素含量最低,可用于居室地板及墙面装饰;

B类石材放射性元素含量较高,不能用于居室内的装修,但可用于其他非居室的建筑物的内、外饰面;

C类石材放射性元素含量最高,不可用于居室的内装修,也不能用于其他建筑物的内饰面,只能用于建筑物的外饰面。

目前国家标准中除对花岗岩进行规定外,对其它石材及陶瓷砖等都没有规定,并且对上市后的产品也没有具体措施进行监控,因此消费者在选购装饰材料时应注意把关,以免把不健康因素带回家。

2车内空气污染主要来源

1)车内装饰材料中含有毒气体,主要包括甲醛、苯、二甲苯、丙酮等,这些有害物质在不知不觉中使人中毒,渐渐出现头痛、乏力等症状;

2)汽车发动机产生的一氧化碳、汽油气味,均会使车内的空气质量下降;车内的空调如果长时间不进行清洗护理,就会在其内部附着大量污垢,所产生的胺、烟碱、细菌等有害物质弥漫在车内狭小的空间里,导致车内空气质量差甚至缺氧。人体自身的污染。当空气中二氧化碳浓度达到0.5%,人就会出现头痛、头晕等不适感。车内空间较小,更容易造成污染。公交车乘客的交叉污染也很严重。

3、其他来源

1生活臭味

厨房的油烟、卫生间的异味、烟臭及宠物臭味、食物及垃圾腐败的臭味、各种生活日用品中含有的有机溶液。

2)人体代谢的废物

人们在室内活动,人体本身会通过呼吸道、皮肤、汗腺等排出大量废物,房间内人数过多时,会使人疲倦、头昏、休克。

3细菌病毒的滋生

细菌、病毒无处不在,特别是人群聚集及生活的场所,更易繁殖病菌,这些传染性疾病也对人类的健康生活构成了严重的威胁。

1、   室内环境污染常见症状

1)每天清晨起床时,感到憋闷、恶心、甚至头晕目眩;

2)家里人经常容易患感冒;

3)不吸烟,也很少接触吸烟环境,但经常感到嗓子不舒服,有异物感,呼吸不畅;

4)孩子常咳嗽、打喷嚏、免疫力下降,新装修的房屋孩子不愿回去;

5)家里人常有皮肤过敏等毛病,而且是群发性的;

6)家里人都共有一种疾病,而且离开这个环境后,症状就有明显变化和好转;

7)新婚夫妇长时间不怀孕,查不出原因;

8)孕妇在正常情况下,发现胎儿畸形;

9)新搬家或新装修后,室内植物不易活,叶子容易发黄、枯萎,特别是一些生命力极强的植物也难以正常生长;

10)新搬家后,家养的宠物猫、狗,甚至热带鱼莫名其妙地死掉,而且邻居家也这样,一上班就感到喉疼,呼吸道发干,时间长了头晕,容易疲劳,下班后上述症状消失;

11)新装修的家和写字楼房间或者新买的家具有刺鼻、刺眼等刺激性异味,而且超过一年仍然气味不散。

5危害

室内空气污染已经成为人类健康危险的杀手。我国每年由室内空气污染引起超额死亡人数达成11.1万人,长期处于严重污染的室内环境中,将会诱发皮肤病、呼吸道疾病、白血病和肺癌等。世界卫生组织在《2002年世界卫生报告》中将室内环境污染与高血压、胆固醇过高症及肥胖症等共同为人类健康的10大威胁,列入人类健康的10大杀手黑名单。

目前发展中国家有近200万例超额死亡可能是由室内空气污染所致,全球约4%的疾病与室内环境有关,室内空气污染已经成了人类看不见的杀手。据有关方面统计,我国每年由室内空气污染引起的超额死亡数可达111万人,超额门诊数22万人次,超额急诊数430万人次。在经历了"煤烟型""光化学烟雾型"污染后,人类社会已进入第三次污染“室内空气污染”时期。

根据我国权威部门的检测结果,在新建新装修的居室、写字楼室内空气污染情况通常为室外的5-10倍,有的甚至达到100倍。在未装修的以及装修不久的房屋中,室内的主要污染物甲醛、苯和TVOC和其他有害气体的检出率为100%,甲醛超出标准40倍,装修5天后室内的甲醛浓度是标准值的30倍,即使6个月以后也超标3倍以上。实验证明,每100人造板中的甲醛释放量在60100毫克时,就会给人体造成明显的伤害。北京市有关部门对30户装修后的住宅进行了检测,甲醛浓度超标的达73%。杭州市对53户新居室内环境的调查显示,甲醛浓度超标的达到79%。深圳市有关部门对11家单位及住户的室内环境质量进行了抽样检测,结果只有 1户符合标准,其他10家都不同程度地存在着问题,其中一户甲醛超标25倍,另一户总挥发性有机化合物超标6倍以上。

我国目前用于居室、写字楼的建筑材料、家具制品和装修材料中大多含有超标(或严重超标)的甲醛、苯、氨、氡、氯化烃等对人体健康极为有害的物质,这些逐渐释放出来的有机物和无机污染物,未能及时排放到室外而在室内分解,致使室内空气质量恶化、污染日趋严重,对人类的身心健康造成的危害已在很大程度上超过了室外空气污染。据调查,目前我国有近4亿人不同程度地患有气喘及过敏性鼻炎、不孕、胎儿畸形等室内污染综合症,不良的室内空气质量是主要原因之一。另据中社科院最近的一项报告,我国因空气污染导致身体疾病的医疗费用估算为171亿元,而城市的大多数居民有80%以上的时间是在室内度过,由此可见目前我国室内空气污染处于非常严重的状况,其危害性不容忽视。

另外,随着中国私家车数量的猛增,车内污染日益严重地影响了人们的健康。而近段时间非典的出现,也使如何消毒成为诸多车主分外关心的话题。据调查统计,汽车、摩托车尾气及工业废气都会向空气中排放一氧化碳、氮氧化物等有害气体,严重影响空气环境。而研究表明,在拥挤的城市街道上,车内污染物浓度比城市环境空气污染高出10倍,即使关上车窗和通风,人们还是长时间受到高浓度尾气污染物的侵害。此前深圳市质量检测研究院的工作人员曾对市内使用不足半年的部分新车进行了随机抽检,结果显示,70%的新车内有毒气体的浓度存在不同程度的超标。最严重的超过标准50倍左右,大多超标十几倍,这些车内污染物有的可能致癌,有的则可能会对神经系统、免疫系统、内分泌系统以及生殖系统产生影响。中科环境技术研究中心有关专家认为,车内空气污染主要来源于新车内装饰材料中含有的有毒气体。车内装饰选用的真皮、桃木、电镀、金属、油漆、工程塑料等若处理不当,都会辐射出有害物质。另外汽车发动机产生的一氧化碳、汽油味,均会造成车内空气质量下降。且车内空调蒸发器容易产生胺、烟碱、细菌等有害物质。人体自身的垃圾也是车内污染的重要来源。车内空气污染的重要性也越来越得到人们的重视,国内的各大报纸币都有刊登《汽车内空气污染会杀死人》等到的相关报道。

 

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