光触媒使用效果

【专家解说】：光触媒定义：编辑本段　　光触媒是一种分子级的金属氧化物材料（二氧化钛比较常用），它涂布于基材表面，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，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。 光触媒作用原理：编辑本段　　光触媒的分类:可见光型光触媒 紫外线型光触媒 　　光触媒在特定波段光线的照射下，会产生光化学效应，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，使其电子获取一定的能量,脱离原子核及电子轨道的束缚成为自由电子,而原来电子占具的轨道由于电子脱离产生空穴,这样光触媒表面产生很多电子(e-)和空穴(h+)对。这些电子和空穴能与水或容存的氧反应，产生氢氧根自由基（·OH）和超级阴氧离子（·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。 　　表1：各种化学键的氧化能 　　化学键 正孔和氢氧根自由基 碳-碳键 碳-氢键 碳-氮键 碳-氧键 氧-氢键 氮-氢键 　　氧化能（kcal/mol） >120 83 99 73 84 111 93 　　此外，如表2所示，氢氧根自由基比作为消毒杀菌剂被广泛使用的次氯酸、双氧水和臭氧等具有更强的氧化能力，二氧化钛通过这种氧化能力破坏了细胞内的辅酶A等辅酶和呼吸作用酶等发挥抗菌作用而使细菌或真菌的繁殖中止；同时当带正电荷的空穴接触到带负电荷的微生物细胞后，依据库伦引力，相互吸附，并有效地击穿细胞膜，使细胞蛋白质变性，无法再呼吸、代谢和繁殖，直至细胞死亡，完成灭菌；并能将细菌或真菌释放出的毒素分解。 　　表2：各种氧化剂的氧化电位 　　氧化剂 氧化电位（伏特） 相对氧化电位（对数值） 　　氢氧根自由基 2.80 2.05 　　氧原子 2.42 1.78 　　臭氧 2.07 1.52 　　双氧水 1.77 1.30 　　双氧自由基 1.70 1.25 　　次氯酸 1.49 1.10 　　氯气 1.36 1.00 光触媒主要功能和特点编辑本段　　(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。 光触媒产品与传统空气净化产品比较编辑本段　　品名类别 挥发性有机物 微生物 异 味 本身味道 本身毒性 　　活 性 炭 有一定作用 无作用 有一定作用 无气味 无 　　空气清新剂 无作用 无作用 有掩盖气味作用 有各种人造气味 有低毒性 　　甲醛捕捉剂 只对甲醛有作用 无作用 对甲醛的异味有作用 有异味 有低毒性 　　杀 菌 剂 无作用 有作用 无作用 有异味 毒性较大 　　紫外线（灯） 无作用 有作用 无作用 无气味 使用不当 可致癌 　　氧 负离子 无作用 无作用 可清新气味 但时间短暂 无气味 无毒 　　臭 氧 有一定作用 浓度>0.1ppm 时有作用 无作用 浓度>0.15ppm时有臭味 长期使用可致 　　植物吸附 作用很小 无作用 有一定作用 气味宜人 无毒 　　光触媒（TiO2） 分解清除 杀菌率高达 99.99 % 除臭、除异味 能力强 本身无气味 无毒 光触媒的作用编辑本段　　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。 应用领域编辑本段　　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。 　　在商业炒作之下，光触媒被严重误解了，一些手工作坊式的理论充斥在网上，这些错误的观念干扰了消费者的判断力和学术氛围。一些人把“光触媒”和“光触媒产品”混为一谈，让消费者产生了迷惑，弄不清除到底光触媒是什么。这里针这些流传有误的观点做个分析，希望对环保行业的工作者有所帮助。　　首先，我们先普及一下光触媒的化学知识。什么是光触媒，光触媒有多少种，主要有哪些用途。　　“触媒”在化学上称之为催化剂，光触媒就是光催化剂的意思，也就是说自然界中有一类物质在光照之下会起到催化作用，促使其他物质之间的化学反应得以进行。但是，作为催化剂本身并不参与化学反应，只是为其它物质之间的化学反应营造了一个反应条件。另外，这些化学反应的发生仅有催化剂还不够，还需要温度、相互接触等等其它一些条件才能进行。光触媒是一类化学工业广泛使用的原材料，种类繁多，其中包括氧化钛（TiO2），氧化锌（ZnO），氧化锡（SnO2），二氧化锆（ZrO2），硫化镉（CdS）等多种氧化物硫化物半导体，他们一般是呈现粉末状固体。　　纳米二氧化钛（TiO2）是一种半导体，分别具有锐钛矿（Anatase），金红石（Rutile）及板钛矿（Brookite）三种晶体结构，其中只有锐钛矿结构和金红石结构具有光催化特性。在化妆品、涂料、室内环保、食品添加剂等领域一般作为调色剂、物理防晒剂、光催化剂等使用。最显着的特点，二氧化钛是地球上白度最高的物质。纳米二氧化钛平均粒经10nm左右时，具有十分宝贵的光学性质。由于它的透明性和防紫外线能力高度统一，在防晒护肤、轿车面漆、高档涂料、油墨、塑料、精细陶瓷等方面获得了广泛的应用。　　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。　　纳米氧化锡（SnO2）是白色、淡黄色或淡灰色四方、六方或斜方晶系粉末，用于搪瓷和电磁材料，并用于制造乳白玻璃、锡盐、瓷着色剂、织物媒染剂和增重剂、钢和玻璃的磨光剂等。　　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。在1100℃以上形成四方晶体，在1900℃以上形成立方晶体。能溶于硫酸、氢氟酸、热的盐酸和硝酸中，也能溶于熔融的硫酸氢钾。相对密度ds=5.85，熔点2680℃，沸点4300℃。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。　　纳米硫化镉（CdS）黄色或微黄色，广泛用于太阳能电池，半导体材料，可见光波段光电器件，自动照相机控制照度计，光导鼓，激光调制池，可见光探测器，激光窗口材料，红外双色探测器，光致发光，电致发光，阴级射线发光材料和颜料等的制造。　　一些商业炒作，使光触媒在消费者心目当中出现了概念混淆，以下我们请专家针这些流传有误的观点做个分析解答，希望这些疑惑能够被澄清。　　【错误观点一】：光触媒就是纳米二氧化钛，纳米二氧化钛就是光触媒？　　【解答】：光触媒是一种化工原材料，种类繁多，包括氧化钛（TiO2），氧化锌（ZnO），氧化锡（SnO2），二氧化锆（ZrO2），硫化镉（CdS）等多种氧化物硫化物半导体，他们一般是呈现粉末状固体。纳米二氧化钛，如果平均粒径在50-10纳米左右，具有较好的光催化作用。纳米二氧化钛是光触媒的一种，也是最常用的一种，但是不能说光触媒就是纳米二氧化钛，它们的概念是包含的关系。另外，我们在化妆品防晒油中经常使用的纳米二氧化钛是化妆品级的，平均粒径在30纳米左右，不具有光活性，主要是起到阻挡紫外线的作用。　　光触媒产品则是指包含某一种或多种光触媒原料的产品，是一种复合的配方。如果把光触媒原料直接倒在水里就称之为光触媒产品，那么，市面上的光触媒产品质量完全可以一样，事实上并非如此。光触媒产品的制造过程中，制造纳米原材料只是工艺过程中的重要步骤之一。新制备的纳米材料，如果不能和后续的生产工艺有效结合，那么可能会发生团聚，若想再次分散开来将是一件很难的，这和整个生产工艺的设计密不可分。防止团聚的工艺方法各个企业不尽相同，有的采用硅烷化处理纳米颗粒表面，有的采用分散剂稳定胶体乳液，也有的采用超声波等技术。随着科技的进步，新的生产工艺也在不断探索之中。　　【错误观点二】：看光触媒是否分层，用离心机旋转10分钟，若出现分层的光触媒一定含有分散剂，未出现分层的光触媒不含分散剂。优质光触媒不含分散剂？　　【解答】：首先，这里错误的将光触媒与光触媒产品混为一谈。光触媒有很多种，包括氧化钛（TiO2），氧化锌（ZnO），氧化锡（SnO2），二氧化锆（ZrO2），硫化镉（CdS）等多种氧化物硫化物半导体，他们一般是呈现粉末状固体，优质的纳米粒径非常小，粒径在10纳米以下的光活性高。纳米二氧化钛因其价格低、性质稳定，所以比较常用，好的原料平均粒径应该在7纳米上下，分布范围窄。也有采用其它光触媒原料制造“光触媒产品”的技术，性能与其复合配方中物质的相互作用有关，属于各企业的核心机密，在一些专业论文中，我们或许有机会能了解到一些。　　第二，“光触媒类产品”是否分层，是否采用分散剂，取决于该产品的设计思想。分散剂的选择也有极多的品类，在不同的应用环境下，也应该选择不同的分散剂。例如，水性、油性之分，酸性、碱性之分，不同环境下显然应该采用不同的分散剂。分散剂是一种助剂，当然要选择对产品性能没有干扰的品类，如果选错了会影响产品性能，但是现代科研环境下一般不会犯这样低级错误。另外，如果不加分散剂，也不能就说质量好。比如，大多数名牌化妆品种，都含有分散剂，产品质量好坏不能说是由一种助剂决定的。很多优质光触媒产品在制造过程中也可能会使用分散剂，实验室测定结果，正确使用分散剂对产品稳定性有帮助。其原理很简单，纳米材料分散在水性或油性液体里面，并不是食盐溶解在水中的那种真溶液，而是一种“胶体乳液”状态。胶体在盐离子的作用下，会发生胶体的凝聚，这是胶体本身的基本特性。阻止胶体凝聚有两种方法，一种是对纳米粒子表面进行硅烷化处理，另一种是加入分散剂，当然两种方法也可以结合使用。总之，不阻止胶体凝聚，光触媒产品稳定性就不好，凝聚的纳米颗粒不再具有良好的光催化效果。　　【错误观点三】：盛少量光触媒到坩埚，用酒精灯进行充分加热，若残留物呈黑色灰烬状，则含黏结剂，否则无黏结剂。优质光触媒不含黏结剂？　　【解答】：这种方法并不见得可以鉴定黏结剂的存在，如果有残余黑色物质，也可能是“光触媒产品”复合配方中某种原材料，这个观点还是偷换了“光触媒”和“光触媒产品”的概念。我们不知道每个光触媒产品的配方组成和制造工艺，所以，无法断定这些残余物质是什么，在方剂中是做什么用的。若想加以分析，应该到专业的科研机构，采用液相色谱、气象色谱、原子吸收、扫描电镜等现代实验室分析检验技术，或许可以进行配方逆向分析，其结果可能与胶粘剂的预测大相径庭。