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新聞動態

了解光觸媒及其發展現狀

文章來源: 發布時間:2020-05-11

人們常說,21世紀是環境的世紀,將是環境保護的世紀,光觸媒技術作為對環境友好的環境凈化技術的研究開發已經發展起來,在世界中的任何地方只要有光就可使用光觸媒技術,由于光觸媒不消耗地球能源、不使用有害的化學藥品,而僅僅利用太陽光的光能等就可將環境污染物在低濃度的狀態下清除凈化,并且還可作為抗菌劑、防霉劑應用,因而成為環境凈化技術中的一個亮點,因此,從理論上來說光觸媒技術將在今后有更大的發展空間。

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一、光觸媒的優點

1.空氣凈化,TiO2在紫外光及500nm波長以下可見光激發條件下就可高效降解有害氣體, 對室內主要的氣體污染物甲醛、苯系物等的研究結果表明,光觸媒可有效地降解這些有機物, 凈化空氣。

2.除臭,光催化劑對香煙臭、廁所臭、垃圾臭、動物臭等具有明顯的除臭功效。其脫臭能力根據歐美國家權威實驗室測試,1cm2的光催化劑與高性能纖維活性碳比較, 其脫臭能力為后者的 150 倍,相當于 500 個活性碳冰箱除臭劑,且無二次公害。

3.殺菌,光催化劑的超強氧化能力可破壞空氣中細菌的細胞膜, 使細菌質流失至死亡, 凝固病毒的蛋白質,抑制病毒的活性, 對浮游于空氣中的大腸桿菌、黃色葡萄球菌等具有殺菌功效,其能力高達99. 997%。且對于引發90%的氣喘、過敏性疾病的罪魁禍首塵螨, 可完全除去。而且在殺菌的同時還能徹底分解由細菌尸體上釋放出的有害復合物,這是所有殺菌劑都無法做到的。但TiO2微粒本身對微生物和細胞無毒性,已經被FDA認證,可作為食品添加劑使用。

4.防止油污、灰塵等產生。霉菌、黃堿及鐵銹和涂染面褪色等現象, 同樣具有防止其產生的功效。

5.凈化及水中有機有害物質的凈化功能,且表面具有超親水性,有防霧、易洗、易干的效能。

6.抗紫外線,由于光催化劑具有極強紫外線吸收能力, 并將這種光能轉化為化學能, 因而, 具有抗紫外及防止褪色、老化等功能。

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二、苛刻的生產工藝和反應條件:

1.核心成分是納米二氧化鈦,晶相為銳鈦礦相。金紅石相和板鈦礦相(或說無定型)不是理想的基材,特別是板鈦礦相,那是完全不會有用的,原理在于晶格結構的不同。

2.平均粒徑要達到10nm以內,好的通常在5納米左右,因為粒徑越小,比表面積越大,反應越密集有效。紫外線 10nm~400nm照射時在射線的外圍會產生不均勻的電離子,使空氣中的氧分子發生電離,使其重組轉化為臭氧,晶體結構越小,發生電子躍遷所需要的能量越少。

3.分散技術。因為納米膠體容易發生團聚,一旦大量團聚,粒徑的描述就不在有意義,活性幾乎全失。

4.附著能力。光觸媒作為催化劑,具備眾所周知的催化劑的一個偉大特性,那就是幾乎永無損耗,那么理論上來講,一次噴涂,終身有效,如果不能牢固的附著在家具或者墻壁表面的話,假如你擦桌子它就脫落了的,是沒有用的。

5.光敏化技術要到位, TiO2的禁帶寬度較大,只有在紫外光(λ 200-400nm,大約占太陽光譜的5%)的照射下,才具有光催化活性。在實際生活中,室內無法達到強紫外線照射,紫外光甚至都很難突破一層玻璃,并且強紫外線對人體是有害的。熱帶、高原地區、晴天時的紫外線指數為15,光照紫外線強度為3.75μw/cm2,一個合格的30W紫外線燈管在下方中央垂直1m處測定輻射強度應≥90uw/cm2,因此30W紫外燈的紫外光強度相當于熱帶高原地區晴天無云時的24倍,所以普通條件很難讓其發揮作用。

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三、光觸媒開發的足跡

光觸媒反應的研究始于上個世紀50年代,當時是為了解決由于無機化合物導致的光分解反應,在添加二氧化鈦的涂料容易老化這一古老的問題而展開的。直到70年代末才開始積極利用光觸媒反應來處理有害化學物以及進行環境凈化等方面的研究,在我國90年代初也開始在這一方面進行研究,并報告了使用光觸媒對含氯有機物、農藥、二惡英等將近100多種物質進行分解和無害化處理的實驗結果。90年代中期,德國成功開發了膜狀二氧化鈦光觸媒使光觸媒立即進入了實用化階段。同時,德國在二氧化鈦光觸媒在大氣凈化研究上的應用取得了進展,使用二氧化鈦光觸媒在自凈化方面的應用和產業化上取得了進展。近幾年來科學技術發展,光觸媒研究也得到了相當迅速的發展,科學家將二氧化鈦用高科技手法制造成納米級別,更加提高了二氧化鈦的光催化性能,利用金屬摻雜及其它的方法使得納米級二氧化鈦在普通光照下有光催化活性,成功研制了抗菌陶瓷、抗菌地板、外墻防老化涂料等光觸媒材料。我國在這一方面研究技術與國外相當,產業化方面落后于歐美等發達國家,近幾年來國家對光催化研究投入大量人力物力,在可見光光觸媒原材料方面也有規模生產能力。


四、日益擴大的光觸媒市場

光觸媒用光照射時產生比臭氧還強的氧化能力,幾乎能殺滅物體表面所有的細菌和病毒,并能分解細菌死后留下的內毒素,最終將細菌和病毒分解成二氧化碳和水??梢院芎玫奶幚砣祟惒《镜南嗷ソ徊娓腥?。它能夠將所有的有害有機物分解成水和二氧化碳等無毒無臭的物質。只要在光照射下,光觸媒就能引起有害物質分解等化學反應的發生,其作為一種對環境友好并能與人長期共存的環境凈化材料而迅速引起世人的注目。

近年來,利用這類光觸媒原理的相關商品市場正在急速成長。光觸媒陶瓷、光觸媒紗布、光觸媒手機、光觸媒燈管、光觸媒空氣凈化器等擁有優良性能的光觸媒產品日益受到消費者喜愛,光觸媒產品市場規模應該更加擴大化,將會成為市場的潮流。


然而,基于光觸媒的生產工藝和應用條件十分苛刻,在我國一時間“氣觸媒”、“無光觸媒”、“熱觸媒”、“冷觸媒”、“金屬觸媒”、“空氣媒”“復合媒”“光觸媒第二代”“光觸媒第三代”“光觸媒伴侶”等所謂高科技產品充斥市場。受利益驅使,一些企業紛紛上馬光觸媒項目,造成市場光觸媒產品繁多,魚目混雜。據國家環保質量技術檢驗中心透露,國內有些企業送檢的樣品,號稱“光觸媒系列產品”,檢測的時候要求都是要用紫外燈照射,很顯然,他們用的光觸媒并沒有實現光觸媒的可見光化,一定要在紫外光的照射下才起到催化作用,那就意味著,用了這樣的光觸媒,在平常的辦公室和家庭里面根本沒有任何作用。

無論是針對納米二氧化鈦的晶相和大小,還是強化其分散技術和附著能力,甚至是領域難題光敏化技術,在攻克光觸媒催化的技術難關上,我公司從未停止鉆研的腳步,目前,我公司已解決部分技術上的難題,取得重要階段性成果。公司成立十三年來,致力于將自主研發的光觸媒產品運用于室內空氣治理領域的同時,也加大科研力度,往更具針對性的治理方向鉆研,使光觸媒具有更加廣闊的運用條件和領域,發揮其更大的價值,為人類的健康和我們的地球盡一份力。

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