纳米二氧化钛(TiO2)光触媒杀菌净化技术介绍.doc

納米二氧化钛光催化技术介绍纳米光催化采用二氧化钛(TiO2)半导体的效应，激活材料表面吸附氧和水分，产生活性氢氧自由基（OH.）和超氧阴离子自由基（O2-），从而转化为一种具有安全化学能的活性物质，起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌的作用。 纳米二氧化钛(TiO2)光催化利用自然光即可催化分解细菌和污染物，具有高催化活性、良好的化学稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点，且能长期有益于生态自然环境，是最具有开发前景的绿色环保催化剂之一。无毒害的纳米TiO2催化材料，充分发挥抗菌、降解有机污染物、除臭、自净化的功能，这类环保型功能材料实施方便、应用性强，能实用到生活空间的多种场合，发挥其多功能效应，成为我们生活环境中起长期净化作用的环保材料。光催化原理- 什么是光催化光催化Photocatalyst是光 Photo=Light +催化剂catalyst的合成词。主要成分是二氧化钛（TiO2），二氧化钛本身无毒无害，已广泛用于食品，医药，化妆品等各种领域。光催化在光的照射下会产生类似光合作用的光催化反应(氧化还原反应,产生出氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，这些产物可杀灭细菌和分解有机污染物。并且把有机污染物分解成无污染的水(H2O)和二氧化碳(CO2),同时它具有杀菌、除臭、防污、亲水、防紫外线等功能。光催化在微弱的光线下也能做反应，若在紫外线的照射下，光催化的活性会加强。近来, 光催化被誉为未来产业之一的纳米技术产品。- 光催化反应原理TiO2当吸收光能量之后，价带中的电子就会被激发到导带，形成带负电的高活性电子e-,同时在价带上产生带正电的空穴h+。在电场的作用下，电子与空穴发生分离，迁移到粒子表面的不同位置。热力学理论表明，分布在表面的h+可以将吸附在TiO2表面OH-和H2O分子氧化成(OH.)自由基,而OH.自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，能氧化并分解各种有机污染物（甲醛、苯、TVOC等）和细菌及部分无机污染物（氨、NOX等），并将最终降解为CO2、H2O等无害物质。由于OH.自由基对反应物几乎无选择性，因而在光催化中起着决定性的作用。此外，许多有机物的氧化电位较TiO2的价带电位更负一些，能直接为h+所氧化。而TiO2表面高活性的e-侧具有很强的还原能力，可以还原去除水体中金属离子。应用以上原理光催化广泛应用于杀菌、除臭、空气净化、污水处理等领域。光催化优势光催化的空气净化技术优点1、光催化的优点- 高效杀菌（杀菌率达到99.99%） - 除臭功能 - 防污/自洁、防霉功能 2、 彻底的净化- 是分解而不是吸附污染物； - 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； 3、 广泛的净化- 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； 4、 实用的净化- 常温下就可实现； - 不存在饱和问题，不必更换滤芯，经济实用； - 自动净化； - 效率高，不耗费电源； 5、 安全净化- 最终产物是二氧化碳和水，对人体无害； - 无毒、无害，不会对环境产生二次污染； 传统的室内空气污染治理手段介绍：1、物理吸附法（采用活性碳、HEPA）物理过滤（吸附）法只能暂时吸附一定的污染物，温度、风速升高到一定程度的时候，所吸附的污染物就有可能游离出来，再次进入呼吸空间中。另外，吸附达到饱和不再具有吸附能力时，就必须更换过滤材料，如不更换，其所吸附的甲醛、细菌等将随时被释放出来成为隐形炸弹。2、臭氧净化法臭氧浓度达到0.1PPM以上,臭氧就会起到杀菌、除异味的作用。但达到0.15PPM后，臭氧本身就会发出浓烈的恶臭，并且可能致癌。苛刻的使用条件限制了其在民用环境中的普及使用。3、 除尘法利用电极的异性相吸、同性相斥的原理吸附空气中的污染物，但存在吸附不彻底、不全面的问题。另外，从实用的角度讲，必须定期清洁电极板。同时静电除尘法只对尘埃有效，对污染物一筹莫展。4、负氧离子净化法负氧离子是一种带负电荷的空气离子，其使用寿命很短，并且不洁空气会进一步使其浓度降低。负氧离子在空气中的存在知识昙花一现，是转瞬即逝的。利用纳米二氧化钛和紫外线结合使用，产生极强的抗菌、杀菌、除臭功能，能够弥补上述传统的室内空气污染的治理手段的不足，对室内空气起到全方位的净化作用造成室内空气污染的主要原因据中国室内装饰协会室内环境检测中心专家介绍：从目前检测分析，室内空气污染物的主要来源主要有以下几个方面：建筑及室内装饰材料、室外污染物、燃烧产物和人的活动。 1、室内装饰材料及家具的污染是目前造成室内空气污染的主要方面， 油漆、胶合板、刨花板、泡沫填料、内墙涂料、塑料贴面等材料均含有甲醛、苯，甲苯、乙醇、氯仿等有机蒸气，以上物质都具有相当的致癌性。 2、建筑物自身的污染，此类污染正在逐步检出，一种是建筑施工中加入了化学物质，（北方冬季施工加入的防冻剂，渗出有毒气体氨）。另一种是由地下土壤和建筑物中石材、地砖、瓷砖中的放射性物质形成的氡，这是一种无色无味的天然放射性气体，对人体危害极大，美国国家环保署调查，美国每年有14000人的死亡与氡污染有关。 3、室外污染物的污染，室外大气的严重污染和生态环境的破坏，使人们的生存条件十分恶劣，加剧了室内空气的污染。 4、燃烧产物造成的室内空气污染，做饭与吸烟是室内燃烧的主要污染，厨房中的油烟和香烟中的 烟雾成分极其复杂，目前已经分析出的3800多种物质，它们在空气中以气态、气溶胶态存在。其中气态物质占90%，其中许多物质具有致癌性。 5、人体自身的新陈代谢及各种生活废弃物的挥发成分也是造成室内空气污染的一个原因。人在室内活动，除人体本身通过呼吸道、皮肤、汗腺可排出大量污染物外，其它日常生活，如化妆、灭虫等也会造成空气污染，因此房间内人数过多时，会使人疲倦、头昏，甚至休克。另外人在室内活动，会增加室内温度，促使细菌、病毒等微生物大量繁殖。特别是在一些中小学校更加严重。 专家分析指出：造成室内空气污染的物质按状态分，主要有悬浮颗粒物和气态污染源两种： 1、悬浮颗粒物：较大的悬浮颗粒物如灰尘、棉絮等，可以被鼻子、喉咙过滤掉，至于肉眼无法看见的细小悬浮颗粒物，如粉尘、纤维、细菌和病毒等，会随着呼吸进入肺泡，造成免疫系统的负担，危害身体的健康。 2、气态污染源：室内空气中的气态污染源（也即有毒气相物）包括一氧化碳、二氧化碳、甲醛及有机蒸气。气态污染源主要来自建筑材料（甲醛）、复印机（臭氧）、香烟烟雾（尼古丁）、清洁剂（甲酚）、溶剂（甲苯）和燃烧产物（硫氧化物、铅）等，部分会附着在颗粒物上被消除掉，大部分会被吸入口肺部。医学证实这些气态污染源是造成肺炎、支气管炎、慢性肺阻塞和肺癌的主要原因。随着人们健康和环保意识的增强，人们对具有光催化净化室内外空气、抗菌杀毒等功能性绿色环保材料的需求日益迫切，纳米TiO2光催化剂的出现为环境净化材料的发展开辟了一片新天地，也为人们对健康环境需求的解决提供了有效的途径。光催化商机 房产业的不断发展，使越来越多的人住进了新居，然而人们对新房的装修，却给自身带来诸多危害。装修中使用的油漆、粘合剂、胶合板等产生的挥发性气体、气味造成的室内污染尚未引起人们的普遍重视。 据世界卫生组织和中国有关部门调查研究表明，由于现代建筑物普遍采用密封式结构，使用装饰材料不当造成的室内空气污染，引发建筑物疾病的现象相当严重。 国家卫生部、建设部和环保部门在去年 9 月的一次家庭装饰材料抽查中，发现不合格者占 68%，具有毒气污染的材料占 68%。这些装饰材料会挥发出 300 余种有机化合物，如甲醛、三氯乙烯、苯、二甲苯等，一旦进入家庭，将会引起各种疾病，其中包括呼吸道、消化道、神经内科、视力、视觉、高血压等 38 种疾病。 据报道，北京市每年发生有毒建筑材料引起的急性中毒事件约有 400 余起，中毒人数 1万余人，慢性中毒约有 10万人次。1996 年 5 月，北京某新建小区，使用国外进口的室内装饰涂料后，引起 48 人中毒，主要表现为头痛、头晕、呼吸困难、恶心、呕吐等。 天津市卫生防病中心最近调查监测了新建及新装修的幼儿园、写字楼、家庭居室等180余户近3万平方米的建筑。据防病中心冯鹤鸣主任介绍，该调查中发现室内空气质量合格率仅为34.7%。其中，在不合格的室内空气中，氨的污染最为严重，超标率为56.9%，测得的最高值超过国家控制标准的62.8倍，平均超标36.5倍；甲醛的超标率为27.8%，苯系物(甲苯、二甲苯等)超标率为14.6%。光催化为室内环境污染的治理开创了一个新的时代，它的应用使室内空气净化从“一时之效”转到了“根本解决之道”上来。光催化在我国的推广虽然时间不长，但是发展势头非常迅猛，特别是2003年由于“非典”疾病的传播，使人们深刻认识了保持健康安全的室内环境的重要性，为光催化的推广创造了良好的空间。光催化在台湾省政府等得到全面使用，其它的一些厂家也在自己的产品上(如空调、空气净化设备、口罩等)添加光催化，一时之间，光催化成了环保市场上的热点。光催化的市场前景十分广阔，它的广泛应用将对我国的卫生及环保体系产生根本的影响，人们担忧的室内空气污染问题将得到彻底的解决，人们将迎来一个光催化的世界。据中国科学院的有关专家介绍，中国的光催化市场目前每年已经达到200亿元以上，今后还将以13%的年发展速度递增。光催化，神奇的纳米技术，创造21世纪的绿色健康新生活。常见问题什么是光催化？答：在二氧化钛表面进行光催化反应可分为下列几个步骤：反应物、氧气及水分子吸附于二氧化钛表面；经光照射后，二氧化钛产生电子及空穴；电子和空穴分别扩散到二氧化钛粒子表面；电子、空穴和氧及水分子形成氢氧自由基；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。 光催化有什么样的物理特征？答：在自然界中，二氧化钛以锐钛矿(Anatase)、金红石 (Rutile)及板钛矿 (Brookite)三种结晶组态存在。其中最常见及最广泛使用的是前面两种组态，后者则极为罕见。用来作为光催化材料的二氧化钛为锐钛矿结晶或锐钛矿于金红石的混合结晶；而一般广泛被使用来作为工业颜料的钛白粉则为金红石结晶。这两种不同用途的TiO2 的比较如下表所示： 颜料级纳米级比表面积, m2/g8 200颗粒粒径, nm2100.520 注：当物体分散成很微小颗粒时(纳米级)，可以发挥强大之功效。 什么是纳米技术？答：纳米科技为纳米尺寸下的科学技术。纳米英文是nanometer，是长度的单位，数学符号为nm。一纳米为十亿分之一米(1nm=110-9m)，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 0.1 到 100 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。为什么选择TiO2作为光催化剂？答：二氧化钛(titanium oxide,TiO2)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量的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!2000年日本在约18.3万公吨二氧化钛的需求中，45%用在涂料、油墨/颜料占20%、合成塑胶占10%、造纸占10%，其它应用包括橡胶、化学纤维、电容器、化妆品、食品合计占14%。全球在1999年共需求二氧化钛382万吨，也是以在涂料的消耗量占多数(57%)，其次为塑胶、造纸。二氧化钛常以锐钛型（anatase, A type）、金红石型（rutile, R type）及板钛型（brookite）三种结晶组态存在自然界中，其中锐钛型与金红石型结构使用最为广范。二氧化钛是不溶于水的白色固体，它具无毒的特性，它与氧化铁或其它氧化物合用可做为色釉或色素，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，CAS序号为#13463.67.7。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，而用来作为光催化材料的二氧化钛则为锐钛型结构。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，常被用来作为光催化的材料。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光催化反应仅为表面反应，系单纯使附 (接触) 在表面的物质与游离基 (RadicalOH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 (Radical)，对人体完全没有影响。另外，二氧化钛(TiO2)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。光催化可以分解哪些污染物？答：经过光照以后，会分解有机物质，如碳氢化合物，以我们日常生活的环境来说，病毒、细菌、霉菌、气味分子、有机颜料、污垢都可分解，绝大多数气味分子都是有机化合物，都是光催化分解的对象，故不仅会分解厨房的油烟味等令人不快的味道，也会分解香味。光催化的使用效果会持续多久？答：光催化的效果是久性的。纳米二氧化钛硬度会保证一般程度的触摸、洗涤等不会损害二氧化钛涂层的表面完整性，但若是刻意以钢刷刷洗还是会被磨损。另外纳米二氧化钛不溶于水，且具有抗酸碱性。光催化分解物是否对人