ISO 17168-42025 精细陶瓷（先进陶瓷 先进技术陶瓷） - 室内照明环境下半导体光催化材料空气净化性能试验方法 - 第4部分去除甲醛标准立项发展报告

精细陶瓷（先进陶瓷，先进技术陶瓷）——室内照明环境下半导体光催化材料空气净化性能试验方法——第4部分：去除甲醛标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Fineceramics(advancedceramics,advancedtechnicalceramics)—Testmethodforair-purificationperformanceofsemiconductingphotocatalyticmaterialsunderindoorlightingenvironment—Part4:Removalofformaldehyde摘要室内空气污染已成为全球关注的重大公共卫生问题，其中甲醛作为典型的气态污染物，因其释放周期长、致癌风险高而被世界卫生组织列为一类致癌物。半导体光催化技术凭借其在室温条件下将有机污染物完全矿化为二氧化碳和水的独特优势，被视为室内甲醛治理的前沿技术路径。然而，长期以来，由于缺乏统一、可比的性能评价方法，光催化材料的空气净化效能难以在不同实验室之间进行有效比对，严重制约了该技术的工程应用与市场推广。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2025年11月正式发布ISO17168-4:2025标准，该标准在ISO17168系列框架下，针对室内照明环境下半导体光催化材料去除甲醛的性能试验方法作出系统规定。本报告全面梳理了该标准的立项背景、技术内容、关键试验参数和适用场景，深入分析了其对产业发展的推动意义，并详细介绍了主要参与编制单位在标准研制过程中的技术贡献。该标准的发布填补了室内弱光条件下光催化空气净化材料性能评价的国际标准空白，对促进光催化材料在室内空气净化领域的规范化应用具有里程碑意义。关键词：精细陶瓷；光催化材料；空气净化性能；甲醛去除；室内照明；国际标准；试验方法Keywords:Fineceramics;Photocatalyticmaterials;Airpurificationperformance;Formaldehyderemoval;Indoorlighting;Internationalstandard;Testmethod1引言1.1研究背景室内空气质量与人体健康密切相关。据世界卫生组织（WHO）统计，全球约90%的人口生活在空气质量不达标的室内环境中，室内空气污染每年导致约380万人过早死亡。在所有室内气态污染物中，甲醛因其来源广泛（人造板材、胶粘剂、涂料、纺织品等）、释放周期长达3–15年、且具有明确的致癌性（世界卫生组织国际癌症研究机构将其列为Ⅰ类致癌物），成为室内空气治理的首要目标。在众多甲醛净化技术中，半导体光催化氧化技术因其可在室温常压下将甲醛完全矿化为无害的CO₂和H₂O、无二次污染、使用寿命长等优势，被认为是极具应用前景的空气净化技术。近年来，以TiO₂基为代表的光催化材料已在空气净化器、建筑涂料、自清洁材料等领域获得广泛应用。然而，光催化材料性能评价面临一个突出的技术瓶颈：传统的光催化活性评价方法多基于紫外光照射条件（紫外光占太阳光中比例不足5%，在室内环境中几乎可以忽略），而光催化材料在室内照明环境（以可见光为主、光强极弱）下的净化性能与紫外条件下的性能往往存在数量级的差异。在缺乏统一评价标准的条件下，不同企业宣称的"甲醛去除率"数据由于测试条件差异悬殊，可比性极差，部分企业甚至利用评价方法的不统一进行误导性宣传，严重扰乱了市场秩序，制约了行业的健康发展。1.2标准立项的必要性面对上述问题，建立一套科学、统一的、适用于室内照明环境条件的光催化材料空气净化性能试验方法，成为行业亟待解决的基础性问题。具体而言，其必要性体现在以下三个层面：产业层面：光催化空气净化材料已形成规模化产业，但缺乏统一的性能评价标尺，导致优劣难辨、低价竞争等乱象频发，亟需通过标准化手段规范市场秩序，引导产业健康发展。技术层面：光催化材料的性能受光源波长与强度、湿度、气流速度、初始污染物浓度等多个参数的综合影响，只有建立起系统、规范的测试方法体系，才能实现不同材料、不同实验室之间测试结果的有效比对。国际层面：作为该领域的基础方法标准，ISO17168系列标准的制定有助于消除国际贸易中的技术壁垒，促进全球范围内光催化材料及空气净化产品的技术交流与贸易往来。正是基于上述背景，ISO/TC206（精细陶瓷技术委员会）启动了ISO17168系列标准的研制工作，ISO17168-4:2025即为该系列的第4部分，专门针对室内照明环境下光催化材料去除甲醛的性能试验进行规范。2标准概述2.1标准基本信息ISO17168-4:2025《精细陶瓷（先进陶瓷，先进技术陶瓷）——室内照明环境下半导体光催化材料空气净化性能试验方法——第4部分：去除甲醛》由国际标准化组织（ISO）下设的ISO/TC206精细陶瓷技术委员会归口管理，于2025年11月7日正式发布。该标准的发布标志着光催化材料在室内照明环境下的空气净化性能评价首次拥有了统一的国际标准。2.2标准定位与适用范围ISO17168-4:2025是ISO17168系列标准的组成部分。该系列标准围绕"室内照明环境下半导体光催化材料空气净化性能试验方法"这一主题，按目标污染物类型分部分制定：-第1部分：去除一氧化氮（NO）-第2部分：去除甲苯（Toluene）-第3部分：去除乙醛（Acetaldehyde）-第4部分：去除甲醛（Formaldehyde）该标准适用于以半导体光催化材料为核心功能组件的空气净化产品，包括但不限于：负载型光催化材料（如光催化涂料、光催化板材、光催化纤维制品等）、散粒型光催化材料及光催化空气净化器件。标准规定的试验方法在模拟室内照明条件（以荧光灯或白光LED为光源）下进行，涵盖了光催化材料对气态甲醛的去除率测定、反应动力学评价及试验条件的规范化要求。2.3标准的规范性引用文件ISO17168-4:2025在编制过程中参考了多项国际标准和技术规范，主要规范性引用文件包括：-ISO17168-1：精细陶瓷（先进陶瓷，先进技术陶瓷）——室内照明环境下半导体光催化材料空气净化性能试验方法——第1部分：去除一氧化氮-ISO10677：精细陶瓷（先进陶瓷，先进技术陶瓷）——光催化材料半导体光源测试用紫外光源-ISO14605：精细陶瓷（先进陶瓷，先进技术陶瓷）——光催化材料室内照明光源测试用光源-ISO13125：精细陶瓷（先进陶瓷，先进技术陶瓷）——半导体光催化材料抗菌活性试验方法-ISO22197-4：精细陶瓷（先进陶瓷，先进技术陶瓷）——半导体光催化材料空气净化性能试验方法——第4部分：去除甲醛3标准核心技术内容3.1试验原理ISO17168-4:2025规定的试验方法基于光催化氧化反应机理。在室内照明光照射下，半导体光催化材料被能量等于或大于其带隙的光子激发，产生电子-空穴对。光生电子与材料表面吸附的O₂分子反应生成超氧自由基（·O₂⁻），光生空穴与材料表面吸附的H₂O分子或OH⁻反应生成羟基自由基（·OH）。上述高活性氧物种可将吸附于光催化材料表面的甲醛分子逐步氧化为甲酸中间产物，最终完全矿化为CO₂和H₂O。试验通过在一定容积的密闭反应器中，将含有初始浓度已知的甲醛污染物气体与光催化材料试样接触，在规定的室内照明光源照射下持续反应一定时间，通过测定反应前后反应器中甲醛浓度的变化，计算光催化材料对甲醛的去除率。3.2试验装置与材料标准对试验装置的关键组成部分作出了明确规定：反应器：采用密闭式流通反应器或批式反应器，容积建议为5L～100L，材质应选用对甲醛吸附性低的不锈钢或经惰性化处理的玻璃。反应器内壁应光滑，以减少壁面对甲醛的物理吸附干扰。反应器需配备气体循环系统，确保内部气体浓度均匀，循环流量可调范围0.1L/min～5L/min。光源系统：标准规定了两种可选的室内照明光源——荧光灯和白色发光二极管（LED）灯。光源在试样表面的辐照度范围应控制在1W/m²～10W/m²（对应室内照度约200lx～1000lx）。标准同时要求使用辐照计在试验前后对辐照度进行测定和记录，以确保试验条件的一致性。光源应配备滤光片以去除紫外波段，确保辐照光谱分布与室内照明环境相吻合。甲醛气体发生与配气系统：采用渗透管法或标准气体稀释法配制含有目标浓度甲醛的试验气体，甲醛初始浓度建议范围为0.1mg/m³～1.0mg/m³，覆盖了室内甲醛污染的典型浓度范围。甲醛浓度分析装置：采用乙酰丙酮分光光度法或酚试剂分光光度法测定甲醛浓度，检测下限应不大于0.01mg/m³，并定期使用标准气体进行校准。试样安装夹具：采用惰性材料（如聚四氟乙烯涂层夹具）固定试样，应保证试样有效暴露面积不小于10cm²，并确保光源照射均匀。3.3试验条件控制标准对试验条件的控制提出了严格要求，主要控制参数如下：|参数|规定范围|精度要求||------|---------|----------||温度|25℃±2℃|±0.5℃||相对湿度|50%±5%|±2%||气体循环流量|0.5L/min～3L/min|±2%||辐照度|1W/m²～10W/m²|±5%||甲醛初始浓度|0.1mg/m³～1.0mg/m³|±2%||试验持续时间|2h～24h（可根据去除速率调整）|—||试样尺寸|50mm×50mm（推荐）|±0.5mm||试样数量|不少于3个平行试样|—|为避免物理吸附对光催化去除率测定的干扰，标准要求在正式光照试验前先进行暗吸附平衡操作。即在无光照条件下将试样与甲醛气体接触，直至吸附达到平衡（连续两次测定浓度变化不超过5%），记录暗吸附量；随后开启光源进行光催化反应试验，以排除物理吸附对表观去除率的贡献。3.4性能评价指标标准规定的核心性能评价指标包括：甲醛去除率（η）：在规定试验条件下，光催化反应达到稳态后，反应器中甲醛浓度的降低量占初始浓度的百分比。计算公式为：η=(C₀-C₁)/C₀×100%其中，C₀为光催化反应开始时的甲醛浓度（mg/m³），C₁为光催化反应达到稳态时的甲醛浓度（mg/m³）。甲醛去除速率常数（k）：在甲醛初始浓度较低（准一级反应条件）时，根据反应动力学模型拟合得到的一阶速率常数，单位为h⁻¹。比表面积归一化去除速率：将去除速率归一化到单位催化剂表面积，用于不同比表面积材料之间的性能对比，单位为mg/(m²·h)。标准同时规定，试验报告应记录光源类型、辐照度、温湿度条件、初始浓度等关键参数，并建议同时报告材料的基本表征信息（如晶相结构、比表面积、粒径等），以确保试验结果的可追溯性和可比性。3.5精密度与不确定性为保证试验方法的可靠性和实验室间的可比性，ISO17168-4:2025通过实验室间比对试验确定了方法的精密度数据。标准中给出了重复性限（r）和再现性限（R）的参考数值。在一般的试验条件下，重复性相对标准偏差（RSDr）应在5%以内，再现性相对标准偏差（RSDR）应在15%以内。标准要求各实验室在按照本方法进行测试时，应定期使用标准参考材料进行质量控制和数据验证。4标准编制过程与主要参与单位4.1编制历程ISO17168-4:2025的研制历程是国际标准化合作的典型范例。该标准由日本产业技术综合研究所（AIST）最早在ISO/TC206框架下提出立项建议，于2018年在ISO/TC206全体会议上正式通过立项决议。项目编号为ISO/NP17168-4，中国、日本、韩国、德国、法国、美国等成员体积极参与了标准编制工作。标准研制过程中，项目组先后组织了三轮国际实验室间比对试验，共有来自6个国家的12个实验室参与。经过工作组草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）四个阶段的严格审查，最终于2025年7月通过ISO成员体投票，2025年11月7日由ISO中央秘书处正式发布。4.2主要参与单位介绍——日本产业技术综合研究所（AIST）日本产业技术综合研究所（NationalInstituteofAdvancedIndustrialScienceandTechnology，简称AIST）是日本最大的公共研究机构之一，隶属于日本经济产业省，总部位于东京，在日本全国设有多个研究中心。AIST在光催化材料研究领域拥有近四十年的深厚积累，是全球光催化标准化研究的重要策源地。该研究所的光催化材料研究部早在20世纪90年代即开始系统研究TiO₂基光催化材料的制备及其在空气净化、水处理和自清洁等领域的应用，在光催化反应机理、材料设计和性能评价方法学方面取得了大量原创性成果。在ISO17168-4:2025的编制过程中，AIST承担了以下核心技术工作：第一，主导试验方法框架设计。AIST基于其在光催化空气净化测试领域的长期积累，提出了以"暗吸附-光照反应"两阶段测试为核心的方法框架，有效解决了物理吸附对光催化去除率测定的干扰问题，这一设计后来成为该系列标准共有的方法学基础。第二，开展基础试验验证。AIST利用其先进的实验平台，系统研究了光源类型（荧光灯vs.LED）、辐照度、湿度、初始浓度等关键参数对甲醛光催化去除效率的影响规律，为标准中试验条件的设定提供了翔实的实验数据支撑。第三，组织国际比对试验。AIST作为项目召集人单位，负责组织了三轮国际实验室间比对试验，设计并分发了标准比对样品，汇总和分析了来自各国实验室的测试数据，为确定方法的精密度指标提供了科学依据。第四，承担标准文本起草和修订工作。AIST的研究人员作为项目负责人（ProjectLeader），负责标准草案的起草、技术意见的汇总处理和标准文本的持续完善。此外，中国的清华大学、中国科学院上海硅酸盐研究所、日本光触媒制品协议会（PIAJ）、韩国陶瓷技术研究院（KICET）等单位也在标准的试验验证和文本完善方面作出了重要贡献。5标准实施的意义与影响5.1对产业发展的意义ISO17168-4:2025的发布实施，对光催化材料和室内空气净化产业将产生深远影响。统一标尺，规范市场。标准的实施使不同企业生产的光催化材料在相同条件下可以进行性能对比，从根本上解决了此前各企业自设测试条件、数据不可比的问题，有助于建立优胜劣汰的市场秩序。促进贸易便利化。作为国际统一的方法标准，该标准的实施将消除因各国测试方法不一致而产生的技术性贸易壁垒，为光催化材料和空气净化产品的国际贸易提供了共同的技术语言。引导技术创新。标准中规定的性能评价指标体系（去除率、速率常数、比表面积归一化去除速率）为材料的性能优化提供了明确的量化目标，可有效引导企业加大技术研发投入，推动高性能光催化材料的开发。5.2对室内空气净化技术的推动随着该标准的发布，光催化空气净化技术的评价体系从传统的"紫外光条件"向"室内照明条件"拓展，更加贴近材料实际使用的应用场景。这将推动以下技术进步：-面向可见光响应的光催化材料（如N掺杂TiO₂、g-C₃N₄基材料、MOFs基光催化剂等）的研发和应用推广；-适用于低光照条件的高效光催化反应器设计优化；-光催化与其他净化技术（如吸附、等离子体等）的耦合工艺开发。5.3对消费者权益的保障对于广大消费者而言，该标准的实施意味着市场上光催化空气净化产品宣称的"甲醛去除率"将具有明确的测试依据和统一的技术内涵，消费者可以基于标准化的数据对不同品牌产品进行科学比较和选择，有效避免了信息不对称带来的消费风险。6结论与展望ISO17168-4:2025的正式发布，填补了室内照明环境下半导体光催化材料甲醛去除性能国际标准评价方法的空白，是光催化材料标准化