光觸媒使用效果

【專家解說(shuō)】：光觸媒定義：編輯本段　　光觸媒是一種分子級(jí)的金屬氧化物材料（二氧化鈦比較常用），它涂布于基材表面，在光線的作用下，產(chǎn)生強(qiáng)烈催化降解功能：能有效地降解空氣中有毒有害氣體；能有效殺滅多種細(xì)菌，并能將細(xì)菌或真菌釋放出的毒素分解及無(wú)害化處理；同時(shí)還具備除臭、抗污等功能。 光觸媒作用原理：編輯本段　　光觸媒的分類:可見(jiàn)光型光觸媒 紫外線型光觸媒 　　光觸媒在特定波段光線的照射下，會(huì)產(chǎn)生光化學(xué)效應(yīng)，把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而賦予光觸媒表面很強(qiáng)的氧化能力，可氧化分解各種有機(jī)化合物和礦化部分無(wú)機(jī)物，并具有抗菌的作用。 　　在光照射下，光觸媒能吸收相當(dāng)于帶隙能量以下的光能，使其電子獲取一定的能量,脫離原子核及電子軌道的束縛成為自由電子,而原來(lái)電子占具的軌道由于電子脫離產(chǎn)生空穴,這樣光觸媒表面產(chǎn)生很多電子(e-)和空穴(h+)對(duì)。這些電子和空穴能與水或容存的氧反應(yīng)，產(chǎn)生氫氧根自由基（·OH）和超級(jí)陰氧離子（·O ）。如表1所示，這些空穴和氫氧根自由基的氧化能大于120kcal/mol，具有很強(qiáng)的氧化能力，幾乎能將所有構(gòu)成有機(jī)物分子的化學(xué)鍵切斷分解。因此可以將各種有害化學(xué)物質(zhì)、惡臭物質(zhì)分解或無(wú)害化處理，達(dá)到凈化空氣、抗污除臭的作用。 　　表1：各種化學(xué)鍵的氧化能 　　化學(xué)鍵 正孔和氫氧根自由基 碳-碳鍵 碳-氫鍵 碳-氮鍵 碳-氧鍵 氧-氫鍵 氮-氫鍵 　　氧化能（kcal/mol） >120 83 99 73 84 111 93 　　此外，如表2所示，氫氧根自由基比作為消毒殺菌劑被廣泛使用的次氯酸、雙氧水和臭氧等具有更強(qiáng)的氧化能力，二氧化鈦通過(guò)這種氧化能力破壞了細(xì)胞內(nèi)的輔酶A等輔酶和呼吸作用酶等發(fā)揮抗菌作用而使細(xì)菌或真菌的繁殖中止；同時(shí)當(dāng)帶正電荷的空穴接觸到帶負(fù)電荷的微生物細(xì)胞后，依據(jù)庫(kù)倫引力，相互吸附，并有效地?fù)舸┘?xì)胞膜，使細(xì)胞蛋白質(zhì)變性，無(wú)法再呼吸、代謝和繁殖，直至細(xì)胞死亡，完成滅菌；并能將細(xì)菌或真菌釋放出的毒素分解。 　　表2：各種氧化劑的氧化電位 　　氧化劑 氧化電位（伏特） 相對(duì)氧化電位（對(duì)數(shù)值） 　　氫氧根自由基 2.80 2.05 　　氧原子 2.42 1.78 　　臭氧 2.07 1.52 　　雙氧水 1.77 1.30 　　雙氧自由基 1.70 1.25 　　次氯酸 1.49 1.10 　　氯氣 1.36 1.00 光觸媒主要功能和特點(diǎn)編輯本段　　(1)全面性：光觸媒可以有效地降解甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC等污染物，并具有高效廣譜的消毒性能，能將細(xì)菌或真菌釋放出的毒素分解及無(wú)害化處理。 　　(2)持續(xù)性：在反應(yīng)過(guò)程中，光觸媒本身不會(huì)發(fā)生變化和損耗，在光的照射下可以持續(xù)不斷的凈化污染物，具有時(shí)間持久、持續(xù)作用的優(yōu)點(diǎn)。 　　(3)安全性：無(wú)毒、無(wú)害，對(duì)人體安全可靠；最終的反應(yīng)產(chǎn)物為二氧化碳、水和其他無(wú)害物質(zhì)，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。 　　(4)高效性：光觸媒利用取之不盡的太陽(yáng)能等光能就能將擴(kuò)散了的環(huán)境污染物在低濃度狀態(tài)下清除凈化。 光觸媒產(chǎn)品與傳統(tǒng)空氣凈化產(chǎn)品比較編輯本段　　品名類別 揮發(fā)性有機(jī)物 微生物 異 味 本身味道 本身毒性 　　活 性 炭 有一定作用 無(wú)作用 有一定作用 無(wú)氣味 無(wú) 　　空氣清新劑 無(wú)作用 無(wú)作用 有掩蓋氣味作用 有各種人造氣味 有低毒性 　　甲醛捕捉劑 只對(duì)甲醛有作用 無(wú)作用 對(duì)甲醛的異味有作用 有異味 有低毒性 　　殺 菌 劑 無(wú)作用 有作用 無(wú)作用 有異味 毒性較大 　　紫外線（燈） 無(wú)作用 有作用 無(wú)作用 無(wú)氣味 使用不當(dāng) 可致癌 　　氧 負(fù)離子 無(wú)作用 無(wú)作用 可清新氣味 但時(shí)間短暫 無(wú)氣味 無(wú)毒 　　臭 氧 有一定作用 濃度>0.1ppm 時(shí)有作用 無(wú)作用 濃度>0.15ppm時(shí)有臭味 長(zhǎng)期使用可致 　　植物吸附 作用很小 無(wú)作用 有一定作用 氣味宜人 無(wú)毒 　　光觸媒（TiO2） 分解清除 殺菌率高達(dá) 99.99 % 除臭、除異味 能力強(qiáng) 本身無(wú)氣味 無(wú)毒 光觸媒的作用編輯本段　　光觸媒作為一種新興的空氣凈化產(chǎn)品，主要有以下功能： 　　A.空氣凈化功能：對(duì)甲醛、苯、氨氣、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等影響從類身體健康的有害有機(jī)物起到凈化作用。 　　B.殺菌功能：對(duì)大腸桿菌、黃色葡萄球菌等具有殺菌功效。在殺菌的同時(shí)還能分解由細(xì)菌死體上釋放 出的有害復(fù)合物。 　　C.除臭功能：對(duì)香煙臭、廁所臭、垃圾臭、動(dòng)物臭等具有除臭功效。 　　D.防污功能：防止油污、灰塵等產(chǎn)生。對(duì)浴室中的霉菌、水銹、便器的黃堿及鐵銹和涂染面褪色等 現(xiàn)象同樣具有防止其產(chǎn)生的功效。 　　E.凈化功能：具有水污染的凈化及水中有機(jī)有害物質(zhì)的凈化功能，且表面具有超親水性，有防霧、易 洗、易干的效能。 應(yīng)用領(lǐng)域編輯本段　　A.生活工作的場(chǎng)所：起居室、辦公室、會(huì)議室、計(jì)算機(jī)房、演講廳、宴會(huì)廳、 公寓、汽車等； 　　B.保健醫(yī)療公共娛樂(lè)社區(qū)：醫(yī)院候診室、病房、生育保健中心、幼兒園、寵物醫(yī)院、養(yǎng)老院、賓館、公共衛(wèi)生間、吸煙室、卡拉OK房、飯店等； 　　C.特定場(chǎng)所：學(xué)校、飯店、實(shí)驗(yàn)室、食品加工場(chǎng)、家禽家畜飼養(yǎng)場(chǎng)等； 　　D.立區(qū)域及用具：家庭廚房、梳理臺(tái)、餐廳、餐具、浴室、浴缸、廁所、馬桶、客廳、窗簾、墻壁、天花板、玩具、家具、儲(chǔ)水槽、垃圾、書(shū)房、吸煙區(qū)等生活區(qū)。 　　在商業(yè)炒作之下，光觸媒被嚴(yán)重誤解了，一些手工作坊式的理論充斥在網(wǎng)上，這些錯(cuò)誤的觀念干擾了消費(fèi)者的判斷力和學(xué)術(shù)氛圍。一些人把“光觸媒”和“光觸媒產(chǎn)品”混為一談，讓消費(fèi)者產(chǎn)生了迷惑，弄不清除到底光觸媒是什么。這里針這些流傳有誤的觀點(diǎn)做個(gè)分析，希望對(duì)環(huán)保行業(yè)的工作者有所幫助?！　∈紫?，我們先普及一下光觸媒的化學(xué)知識(shí)。什么是光觸媒，光觸媒有多少種，主要有哪些用途?！　　坝|媒”在化學(xué)上稱之為催化劑，光觸媒就是光催化劑的意思，也就是說(shuō)自然界中有一類物質(zhì)在光照之下會(huì)起到催化作用，促使其他物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)得以進(jìn)行。但是，作為催化劑本身并不參與化學(xué)反應(yīng)，只是為其它物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)營(yíng)造了一個(gè)反應(yīng)條件。另外，這些化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生僅有催化劑還不夠，還需要溫度、相互接觸等等其它一些條件才能進(jìn)行。光觸媒是一類化學(xué)工業(yè)廣泛使用的原材料，種類繁多，其中包括氧化鈦（TiO2），氧化鋅（ZnO），氧化錫（SnO2），二氧化鋯（ZrO2），硫化鎘（CdS）等多種氧化物硫化物半導(dǎo)體，他們一般是呈現(xiàn)粉末狀固體?！　〖{米二氧化鈦（TiO2）是一種半導(dǎo)體，分別具有銳鈦礦（Anatase），金紅石（Rutile）及板鈦礦（Brookite）三種晶體結(jié)構(gòu)，其中只有銳鈦礦結(jié)構(gòu)和金紅石結(jié)構(gòu)具有光催化特性。在化妝品、涂料、室內(nèi)環(huán)保、食品添加劑等領(lǐng)域一般作為調(diào)色劑、物理防曬劑、光催化劑等使用。最顯著的特點(diǎn)，二氧化鈦是地球上白度最高的物質(zhì)。納米二氧化鈦平均粒經(jīng)10nm左右時(shí)，具有十分寶貴的光學(xué)性質(zhì)。由于它的透明性和防紫外線能力高度統(tǒng)一，在防曬護(hù)膚、轎車面漆、高檔涂料、油墨、塑料、精細(xì)陶瓷等方面獲得了廣泛的應(yīng)用?！　〖{米氧化鋅（ZnO）粒徑介于1-100 nm之間，是一種面向21世紀(jì)的新型高功能精細(xì)無(wú)機(jī)產(chǎn)品，表現(xiàn)出許多特殊的性質(zhì)，如非遷移性、熒光性、壓電性、吸收和散射紫外線能力等，利用其在光、電、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造氣體傳感器、熒光體、變阻器、紫外線遮蔽材料、圖像記錄材料、壓電材料、壓敏電阻、高效催化劑、磁性材料和塑料薄膜等。 在橡膠、陶瓷、紡織、印染、國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用?！　〖{米氧化錫（SnO2）是白色、淡黃色或淡灰色四方、六方或斜方晶系粉末，用于搪瓷和電磁材料，并用于制造乳白玻璃、錫鹽、瓷著色劑、織物媒染劑和增重劑、鋼和玻璃的磨光劑等?！　〖{米二氧化鋯（ZrO2）呈高純度白色粉末狀，無(wú)臭、無(wú)味。低溫時(shí)為單斜晶系，高溫時(shí)為四方晶型。在1100℃以上形成四方晶體，在1900℃以上形成立方晶體。能溶于硫酸、氫氟酸、熱的鹽酸和硝酸中，也能溶于熔融的硫酸氫鉀。相對(duì)密度ds=5.85，熔點(diǎn)2680℃，沸點(diǎn)4300℃。具有高的折射率（折射率2.2）和耐高溫性。有良好的熱化學(xué)穩(wěn)定性、高溫導(dǎo)電性和較高的高溫強(qiáng)度和韌性，具有良好的機(jī)械、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)。其中HT-ZrO-01為單斜晶型，HT-ZrO-02為四方晶型。納米氧化鋯顆粒尺寸微小、是很穩(wěn)定的氧化物，具有耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐高溫的性能，可用于功能陶瓷和結(jié)構(gòu)陶瓷，以及寶石材料?！　〖{米硫化鎘（CdS）黃色或微黃色，廣泛用于太陽(yáng)能電池，半導(dǎo)體材料，可見(jiàn)光波段光電器件，自動(dòng)照相機(jī)控制照度計(jì)，光導(dǎo)鼓，激光調(diào)制池，可見(jiàn)光探測(cè)器，激光窗口材料，紅外雙色探測(cè)器，光致發(fā)光，電致發(fā)光，陰級(jí)射線發(fā)光材料和顏料等的制造?！　∫恍┥虡I(yè)炒作，使光觸媒在消費(fèi)者心目當(dāng)中出現(xiàn)了概念混淆，以下我們請(qǐng)專家針這些流傳有誤的觀點(diǎn)做個(gè)分析解答，希望這些疑惑能夠被澄清?！　　惧e(cuò)誤觀點(diǎn)一】：光觸媒就是納米二氧化鈦，納米二氧化鈦就是光觸媒？　　【解答】：光觸媒是一種化工原材料，種類繁多，包括氧化鈦（TiO2），氧化鋅（ZnO），氧化錫（SnO2），二氧化鋯（ZrO2），硫化鎘（CdS）等多種氧化物硫化物半導(dǎo)體，他們一般是呈現(xiàn)粉末狀固體。納米二氧化鈦，如果平均粒徑在50-10納米左右，具有較好的光催化作用。納米二氧化鈦是光觸媒的一種，也是最常用的一種，但是不能說(shuō)光觸媒就是納米二氧化鈦，它們的概念是包含的關(guān)系。另外，我們?cè)诨瘖y品防曬油中經(jīng)常使用的納米二氧化鈦是化妝品級(jí)的，平均粒徑在30納米左右，不具有光活性，主要是起到阻擋紫外線的作用。　　光觸媒產(chǎn)品則是指包含某一種或多種光觸媒原料的產(chǎn)品，是一種復(fù)合的配方。如果把光觸媒原料直接倒在水里就稱之為光觸媒產(chǎn)品，那么，市面上的光觸媒產(chǎn)品質(zhì)量完全可以一樣，事實(shí)上并非如此。光觸媒產(chǎn)品的制造過(guò)程中，制造納米原材料只是工藝過(guò)程中的重要步驟之一。新制備的納米材料，如果不能和后續(xù)的生產(chǎn)工藝有效結(jié)合，那么可能會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，若想再次分散開(kāi)來(lái)將是一件很難的，這和整個(gè)生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)密不可分。防止團(tuán)聚的工藝方法各個(gè)企業(yè)不盡相同，有的采用硅烷化處理納米顆粒表面，有的采用分散劑穩(wěn)定膠體乳液，也有的采用超聲波等技術(shù)。隨著科技的進(jìn)步，新的生產(chǎn)工藝也在不斷探索之中。　　【錯(cuò)誤觀點(diǎn)二】：看光觸媒是否分層，用離心機(jī)旋轉(zhuǎn)10分鐘，若出現(xiàn)分層的光觸媒一定含有分散劑，未出現(xiàn)分層的光觸媒不含分散劑。優(yōu)質(zhì)光觸媒不含分散劑？　　【解答】：首先，這里錯(cuò)誤的將光觸媒與光觸媒產(chǎn)品混為一談。光觸媒有很多種，包括氧化鈦（TiO2），氧化鋅（ZnO），氧化錫（SnO2），二氧化鋯（ZrO2），硫化鎘（CdS）等多種氧化物硫化物半導(dǎo)體，他們一般是呈現(xiàn)粉末狀固體，優(yōu)質(zhì)的納米粒徑非常小，粒徑在10納米以下的光活性高。納米二氧化鈦因其價(jià)格低、性質(zhì)穩(wěn)定，所以比較常用，好的原料平均粒徑應(yīng)該在7納米上下，分布范圍窄。也有采用其它光觸媒原料制造“光觸媒產(chǎn)品”的技術(shù)，性能與其復(fù)合配方中物質(zhì)的相互作用有關(guān)，屬于各企業(yè)的核心機(jī)密，在一些專業(yè)論文中，我們或許有機(jī)會(huì)能了解到一些。　　第二，“光觸媒類產(chǎn)品”是否分層，是否采用分散劑，取決于該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想。分散劑的選擇也有極多的品類，在不同的應(yīng)用環(huán)境下，也應(yīng)該選擇不同的分散劑。例如，水性、油性之分，酸性、堿性之分，不同環(huán)境下顯然應(yīng)該采用不同的分散劑。分散劑是一種助劑，當(dāng)然要選擇對(duì)產(chǎn)品性能沒(méi)有干擾的品類，如果選錯(cuò)了會(huì)影響產(chǎn)品性能，但是現(xiàn)代科研環(huán)境下一般不會(huì)犯這樣低級(jí)錯(cuò)誤。另外，如果不加分散劑，也不能就說(shuō)質(zhì)量好。比如，大多數(shù)名牌化妝品種，都含有分散劑，產(chǎn)品質(zhì)量好壞不能說(shuō)是由一種助劑決定的。很多優(yōu)質(zhì)光觸媒產(chǎn)品在制造過(guò)程中也可能會(huì)使用分散劑，實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果，正確使用分散劑對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性有幫助。其原理很簡(jiǎn)單，納米材料分散在水性或油性液體里面，并不是食鹽溶解在水中的那種真溶液，而是一種“膠體乳液”狀態(tài)。膠體在鹽離子的作用下，會(huì)發(fā)生膠體的凝聚，這是膠體本身的基本特性。阻止膠體凝聚有兩種方法，一種是對(duì)納米粒子表面進(jìn)行硅烷化處理，另一種是加入分散劑，當(dāng)然兩種方法也可以結(jié)合使用?？傊?，不阻止膠體凝聚，光觸媒產(chǎn)品穩(wěn)定性就不好，凝聚的納米顆粒不再具有良好的光催化效果?！　　惧e(cuò)誤觀點(diǎn)三】：盛少量光觸媒到坩堝，用酒精燈進(jìn)行充分加熱，若殘留物呈黑色灰燼狀，則含黏結(jié)劑，否則無(wú)黏結(jié)劑。優(yōu)質(zhì)光觸媒不含黏結(jié)劑？　　【解答】：這種方法并不見(jiàn)得可以鑒定黏結(jié)劑的存在，如果有殘余黑色物質(zhì)，也可能是“光觸媒產(chǎn)品”復(fù)合配方中某種原材料，這個(gè)觀點(diǎn)還是偷換了“光觸媒”和“光觸媒產(chǎn)品”的概念。我們不知道每個(gè)光觸媒產(chǎn)品的配方組成和制造工藝，所以，無(wú)法斷定這些殘余物質(zhì)是什么，在方劑中是做什么用的。若想加以分析，應(yīng)該到專業(yè)的科研機(jī)構(gòu)，采用液相色譜、氣象色譜、原子吸收、掃描電鏡等現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室分析檢驗(yàn)技術(shù)，或許可以進(jìn)行配方逆向分析，其結(jié)果可能與膠粘劑的預(yù)測(cè)大相徑庭。