ISO 17168-32025 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3部分去除甲苯标准立项发展报告

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3部分：去除甲苯标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Fineceramics(advancedceramics,advancedtechnicalceramics)—Testmethodforair-purificationperformanceofsemiconductingphotocatalyticmaterialsunderindoorlightingenvironment—Part3:Removaloftoluene摘要随着室内空气质量问题日益受到公众关注，挥发性有机化合物（VOCs）尤其是甲苯的净化治理已成为建筑环境和公共卫生领域的研究热点。半导体光催化材料作为一种绿色、高效的空气净化技术，其性能评价方法的标准化对于材料筛选、工艺优化和市场准入具有重要意义。然而，传统光催化性能测试多采用紫外光源，与室内实际照明条件存在显著差异，导致实验室评价结果难以真实反映材料在实际使用环境中的净化能力。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2025年11月正式发布了ISO17168-3:2025标准，该标准是ISO17168系列标准的第3部分，专门规定了室内照明环境下半导体光催化材料去除甲苯性能的试验方法。本标准在光源类型、光照强度、反应器设计、气体浓度及检测方法等方面作出了系统性技术规定，首次构建了基于荧光灯或白光LED等室内常见光源条件的标准化测试体系，填补了可见光激发条件下光催化空气净化性能评价的国际标准空白。标准明确了试验装置的结构要求、试样制备流程、试验条件控制参数以及性能计算与表达方法，为不同实验室间的测试结果对比提供了统一的技术依据。本报告对该标准的立项背景、技术内容、主要参编单位及未来发展趋势进行了系统分析。报告认为，ISO17168-3:2025的发布实施将有力推动光催化空气净化材料性能评价体系的完善，促进光催化技术在室内空气净化领域的规范化应用，对提升我国在该领域的国际标准话语权具有重要战略意义。关键词：精细陶瓷；半导体光催化材料；室内照明；空气净化性能；甲苯；试验方法；国际标准Keywords:Fineceramics;Semiconductingphotocatalyticmaterials;Indoorlighting;Air-purificationperformance;Toluene;Testmethod;Internationalstandard1引言1.1研究背景室内空气质量直接关系到人体健康与工作效率。世界卫生组织（WHO）的相关研究表明，现代城市居民约有80%以上的时间处于室内环境，而室内空气中挥发性有机化合物（VOCs）浓度通常高于室外。甲苯作为典型的芳香烃类挥发性有机物，广泛存在于建筑装饰材料、家具涂料、胶粘剂及日用化学品中，长期暴露于超标甲苯环境中可对人体神经系统、呼吸系统和免疫系统造成损害。因此，开发高效的室内空气净化技术和材料已成为环境材料领域的重要研究方向。半导体光催化技术因其可在常温常压下将有机污染物矿化为二氧化碳和水，具有能耗低、无二次污染、使用寿命长等突出优点，被认为是极具应用前景的室内空气净化技术之一。二氧化钛（TiO₂）等宽带隙半导体材料在紫外光照射下表现出优良的光催化活性，然而室内照明环境中紫外成分极为有限，这极大地制约了光催化材料在室内环境中的实际应用效果。为此，近年来研究者们致力于通过元素掺杂、染料敏化、异质结构建等改性策略拓展光催化材料的光响应范围，使其在可见光乃至室内普通照明条件下也能发挥有效的净化功能。然而，随着各类新型可见光响应型光催化材料不断涌现，其性能评价方法的标准化需求日益迫切。不同研究团队在测试光源、光照强度、初始浓度、反应器形式等方面的差异导致测试结果缺乏可比性，严重制约了材料筛选和技术交流，也影响了光催化空气净化产品的市场规范和行业监管。1.2标准制定必要性在ISO17168-3:2025发布之前，国际上关于光催化材料空气净化性能测试的标准主要针对紫外光激发条件下的性能评价，如ISO22197系列标准中关于空气净化用光催化材料的测试方法。这些标准采用黑光灯或紫外LED作为光源，其光谱特征与室内实际照明环境存在本质差异。对于以可见光响应为主要设计目标的新型光催化材料而言，沿用传统的紫外光测试方法不仅无法客观评估其室内应用性能，甚至可能产生误导性的评价结果。此外，现有标准体系中对目标污染物的覆盖尚不全面。甲醛作为最常见的室内气态污染物在已有标准中得到了较多关注，而甲苯等其他典型VOCs的标准化测试方法相对滞后。考虑到不同污染物在光催化降解机理、中间产物生成路径及降解动力学方面存在显著差异，建立针对多种目标污染物的系列化测试标准具有重要的科学价值和实践意义。甲苯分子结构中含有稳定的苯环，其光催化氧化难度较高，能够有效检验光催化材料深度矿化能力，因此被选为本标准的典型目标污染物。1.3标准制定过程概述ISO17168-3:2025由国际标准化组织ISO/TC206（精细陶瓷技术委员会）归口管理。该标准的制定经历了提案阶段（NP）、工作草案阶段（WD）、委员会草案阶段（CD）、国际标准草案阶段（DIS）和最终国际标准草案阶段（FDIS）等若干关键阶段。在标准制定过程中，来自中国、日本、韩国、德国、美国等多个国家的专家积极参与，围绕光源选择、试验舱设计、气体分析方法和性能计算方式等技术细节进行了多轮深入讨论和实验室间比对验证。该标准于2025年11月6日正式发布，并作为ISO17168系列标准的第3部分，与已发布的第1部分（去除甲醛）和第2部分（去除乙醛）共同构成室内照明环境下光催化材料空气净化性能测试的系列化国际标准体系。2标准主要内容概述2.1适用范围与基本框架ISO17168-3:2025规定了在室内照明环境下半导体光催化材料去除甲苯性能的试验方法，适用于具有光催化功能的片状、板状、薄膜或涂层等形式材料的性能评价。标准所涉及的测试环境特指以荧光灯或白光LED为代表的室内一般照明条件，光照强度范围涵盖典型室内照明水平（通常为200lx～1000lx）。该标准不涉及材料在紫外光照射下光催化性能的评价，也不适用于粉体或颗粒状材料直接测试的场合。2.2试验原理与装置要求本标准采用的试验方法基于静态密闭反应容器中光催化材料对气相甲苯的降解效率测定。核心测试系统由气密性反应器、室内照明光源、甲苯气体发生与配制系统、气体浓度检测装置和温湿度控制单元组成。反应器设计是标准技术内容的关键部分。标准要求采用具有良好气密性和化学惰性的材料制成反应容器，容器内部应配置样品固定支架和微型循环风扇以保证反应器内气体浓度均匀。反应器有效容积、样品有效面积和气体循环速率等技术参数均有明确规定，以确保测试条件的一致性和结果的可比性。光源系统采用符合室内照明色温范围的荧光灯或白光LED，水平照度设定为若干标准档位（如200lx、500lx、1000lx），测试期间光照稳定性应满足相应的波动范围要求。标准同时对光源光谱分布提出了指导性说明，确保不同实验室采用的光源在可见光区域具有相似的光谱特征。2.3试样制备与试验条件在试样准备方面，标准规定了试样的最小有效面积、基材类型、涂覆方法和预处理要求。对于粉体光催化材料，标准规定了标准的涂覆工艺和干燥条件；对于整体式材料，则规定了清洗、干燥等前期处理流程。每个测试条件下应使用不少于规定数量的平行试样，取平均值作为最终测试结果。试验环境条件方面，标准规定反应器内温度为25℃±2℃，相对湿度为50%±10%。甲苯初始浓度设定为典型室内污染水平，通常为1ppmv～5ppmv（约3.8mg/m³～19mg/m³），这一浓度范围既接近实际室内环境污染水平，又便于检测仪器准确测量。标准对甲苯气体的配制方法、标准气体的认证要求以及浓度验证程序作出了详细规定。2.4测试程序与性能表达测试程序包括暗吸附平衡阶段和光催化反应阶段两个主要过程。首先，在避光条件下将含有甲苯标准气体的空气通入反应器，待材料表面吸附达到平衡后（以反应器内甲苯浓度稳定作为判据）；随后开启照明光源，记录光催化反应过程中甲苯浓度随时间的变化曲线，测试持续至规定时间或浓度达到平衡。性能指标的表达方式包括：规定时间内的甲苯去除率（%）、光催化反应速率常数（h⁻¹）和单位面积去除量（mg/m²）等。标准给出了详细的性能计算方法、有效数据判定规则和测试报告内容要求。为便于不同材料间的横向比较，标准还规定了基准条件下性能指数的计算方法。3标准技术特点与创新3.1首次构建室内照明条件下的标准化光催化测试方法ISO17168-3:2025最突出的技术创新在于将测试光源从传统的紫外光拓展至室内可见光照明条件，这是光催化材料空气净化性能评价领域的重要突破。传统标准方法（如ISO22197系列）采用主波长为365nm左右的紫外光作为激发光源，而本标准则采用色温为3000K～6500K的荧光灯或白光LED作为激发光源，光照强度设定为室内典型照明水平。这一转变使实验室测试条件更贴近光催化材料的实际使用环境，能够更加客观地反映材料在真实室内场景中的空气净化效果。3.2以甲苯为典型污染物拓展VOCs测试谱系甲苯作为室内典型芳香烃类VOCs的代表，其分子结构的化学稳定性高于甲醛等简单醛类化合物。选择甲苯作为目标污染物，不仅可以评价光催化材料的降解活性，更能检验材料的深度氧化和矿化能力。与仅评价初始降解率不同，本标准注重考察材料对甲苯的持续去除能力和中间产物的累积情况，从而为材料在实际应用中的长期稳定性评估提供更为全面的数据支持。同时，作为ISO17168系列标准的组成部分，该标准与去除甲醛（第1部分）和去除乙醛（第2部分）的测试方法共同构成了覆盖不同类别VOCs的系列化评价体系。3.3强调试验结果的可比性与可重复性考虑到光催化性能测试受多因素耦合影响，标准在技术条件控制方面进行了精细化的规定。在反应器结构方面，标准推荐了具体的几何构型和气体混合方式，并对反应器的泄漏率设定了量化要求；在试样方面，规范了基材规格、涂覆量和预处理条件；在检测方面，对气体采样方式和分析仪器的校准流程提出了明确要求。此外，标准还引入了实验室间比对试验（round-robintest）的数据作为精密度依据，为进一步评估不同实验室间测试的一致性提供了参考依据。4主要起草单位介绍4.1国际标准化组织ISO/TC206技术委员会ISO/TC206（精细陶瓷技术委员会）成立于1998年，是国际标准化组织下属专门负责精细陶瓷（先进陶瓷、先进技术陶瓷）领域标准制定的技术委员会。该委员会的秘书处由日本工业标准调查会（JISC）承担，目前拥有多个参与成员国和观察员成员国。ISO/TC206的工作范围涵盖了精细陶瓷的分类、术语、测试方法、性能评价及产品规格等各个方面，已发布了一系列具有广泛国际影响力的标准文件。在光催化材料标准领域，ISO/TC206取得了丰富的研究成果。该委员会先后制定了ISO22197系列（光催化材料空气净化性能测试方法）和ISO17168系列（室内照明环境下光催化材料空气净化性能测试方法）标准。这两个标准体系互补配合，分别解决了紫外光激发条件和室内照明条件下光催化材料性能评价的标准化需求。在ISO17168-3:2025的制定过程中，ISO/TC206与ISO/TC146（空气质量）等兄弟技术委员会保持了密切的技术协调，确保污染物测试方法与国际空气质量标准体系兼容。4.2中国参与单位的技术贡献中国是ISO/TC206的积极成员，在ISO17168-3:2025的制定过程中发挥了重要的技术支撑作用。来自中国的标准化研究院所和高校团队在可见光光催化材料的研发和评价方面积累了丰富的经验，为标准的制定提供了大量的试验数据和比对验证结果。尤其在可见光响应型光催化材料的制备与改性、室内光源条件下光催化反应动力学研究以及气体浓度在线监测技术等方面，中国专家团队为标准的完善作出了重要贡献。通过参与该国际标准的制定，我国光催化材料领域的科研力量和国际影响力得到了有效提升，也为我国相关国家标准和行业标准的制修订提供了重要的技术参考。5标准应用前景与影响分析5.1对产业发展的促进作用ISO17168-3:2025的发布对光催化空气净化材料和器件产业将产生深远影响。首先，该标准为光催化材料在室内照明环境下的性能评价提供了统一的技术标尺，有助于规范市场秩序，避免夸大宣传和不正当竞争。生产企业可以依据标准规定的测试方法对其产品进行客观的性能评估，为产品研发和质量控制提供科学依据。其次，该标准为各类新型可见光光催化材料从实验室研究走向工程应用架起了标准桥梁。研究者以标准方法为统一度量，能够更加便捷地进行材料性能的比较和筛选，有效加速高性能材料的研发进程。5.2对室内空气净化技术标准体系的完善作为ISO17168系列标准的组成部分，ISO17168-3:2025进一步完善了光催化材料空气净化性能评价的国际标准体系。从目标污染物角度看，甲醛、乙醛和甲苯分别代表了醛类和芳香烃类典型VOCs，形成了较为全面的污染物覆盖；从光源条件角度看，该系列标准与ISO22197系列标准形成了互补关系，分别适用于室内照明和紫外光照射条件。值得注意的是，光催化反应过程中可能产生有机中间产物，这些中间产物有时比原始污染物具有更高的毒性。因此，建立基于中间产物分析的综合评价方法可能是未来标准修订的重要方向。5.3对国际贸易和技术交流的影响标准的统一是消除技术性贸易壁垒、促进国际贸易便利化的重要基础。ISO17168-3:2025作为国际标准，为各国光催化空气净化产品的质量评价和市场准入提供了共同的技术语言。各国在进口光催化空气净化产品时，可以依靠该标准进行统一的质量评价，从而减少重复测试带来的时间和经济成本。6结论与展望ISO17168-3:2025的发布是光催化材料空气净化性能评价标准化进程中的重要里程碑。该标准在国际上首次构建了基于室内照明环境条件的半导体光催化材料去除甲苯性能的系统化测试方法，填补了可见光激发条件下光催化空气净化性能评价的标准空白。标准的实施将有力促进光催化空气净化材料技术水平的提升和产品质量的规范化，为室内空气污染控制技术的推广应用提供重要的标准化支撑。面向未来，光催化材料空气净化性能评价标准化工作仍面临着新的挑战与机遇。一方面，随着光催化材料制备技术的不断发展，新型高效可见光响应材料不断涌现，现有标准方法需要持续跟踪技术前沿，适时修订和完善。另一方面，随着室内空气质量标准日益严格，对光催化材料在低浓度、多组分VOCs共存条件下的综合净化性能评价需求将不断增长。此外，光催化材料在实际应用中涉及光线分布、气流组织、温湿度波动等多因素耦合作用，建立更贴近真实应用场景的多尺度评价方法也是未来标准化工作的重要发展方向。参考文献[1]ISO17168-3:2025,Fineceramics(advancedceramics,advancedtechnicalceramics)—Testmethodforair-purificationperformanceofsemiconductingphotocatalyticmaterialsunderindoorlightingenvironment—Part3:Removaloftoluene.Geneva:InternationalOrganizati