ISO 17168-22025 陶瓷-室内光环境中反圣光催化剂材料的空气净化性能测试方法-第二部分去除乙酰醛标准立项发展报告

陶瓷-室内光环境中半导体光催化材料空气净化性能测试方法-第二部分：去除乙醛标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:FineCeramics(AdvancedCeramics,AdvancedTechnicalCeramics)—TestMethodforAir-PurificationPerformanceofSemiconductingPhotocatalyticMaterialsunderIndoorLightingEnvironment—Part2:RemovalofAcetaldehyde摘要随着现代建筑密闭化程度的不断提高，室内空气质量已成为影响公众健康的关键因素。挥发性有机化合物（VOCs）中的典型代表——乙醛，因其来源广泛、毒性显著且难以通过常规手段去除，被世界卫生组织列为室内重点污染物之一。光催化技术作为一种绿色、高效的空气净化手段，在室内空气治理领域展现出广阔的应用前景，然而，由于缺乏统一的性能评价标准，不同实验室、不同企业之间测试结果的可比性严重不足，已成为制约该技术产业化发展的关键瓶颈。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2025年11月7日正式发布了ISO17168-2:2025《精细陶瓷（先进陶瓷、先进技术陶瓷）—室内光环境中半导体光催化材料空气净化性能测试方法—第2部分：去除乙醛》。该标准以去除乙醛为目标污染物，针对室内照明环境下光催化材料的空气净化性能提出了系统的测试方法框架，明确了测试原理、试验装置、样品制备、试验程序及数据处理等关键技术要素，填补了室内光环境下光催化材料净化性能国际标准测试方法的空白。本报告系统梳理了该标准的研制背景、核心技术内容、预期应用效益及推广前景，旨在为相关领域科研人员、检测机构和企业技术人员提供全面、深入的技术参考，推动光催化空气净化技术的规范化发展和在室内空气质量改善中的广泛应用。关键词：精细陶瓷；光催化材料；空气净化性能；乙醛去除；室内照明环境；国际标准；测试方法Keywords:Fineceramics;Photocatalyticmaterials;Air-purificationperformance;Acetaldehyderemoval;Indoorlightingenvironment;Internationalstandard;Testmethod一、引言1.1室内空气质量问题与光催化技术室内空气质量直接关系着人们的健康与生活品质。现代人约有80%~90%的时间在室内环境中度过，而室内空气中挥发性有机化合物（VOCs）的浓度往往可达室外环境的数倍乃至数十倍。乙醛（Acetaldehyde，化学式CH₃CHO）作为典型的醛类VOCs污染物，广泛来源于人造板材中的胶粘剂、油漆涂料、纺织品整理剂、烟草烟雾以及烹饪油烟等室内源。国际癌症研究机构（IARC）已将乙醛列为2B类致癌物（对人类可能致癌），其在室内环境中的长期暴露可引发呼吸道刺激、皮肤过敏、基因突变等健康风险。据相关研究显示，新装修住宅室内乙醛浓度超标率可达30%以上，亟需有效的治理手段。在众多空气净化技术中，半导体光催化氧化技术因其可在常温常压下将有机污染物彻底矿化为CO₂和H₂O、不产生二次污染、运行成本低、使用寿命长等优势，被视为最具发展潜力的室内空气净化技术之一。以TiO₂为代表的宽禁带半导体光催化材料，在紫外光激发下可产生具有强氧化能力的活性氧物种，实现有机污染物的高效降解。近年来，随着可见光响应型光催化材料的不断涌现，利用室内日常照明光源即可驱动的光催化空气净化技术逐渐成为研究和应用的热点。然而，光催化材料空气净化性能的评价长期缺乏统一的国际标准。不同研究团队使用的光源类型及光强、反应器构型、初始污染物浓度、气体流速、相对湿度等试验条件差异巨大，导致大量文献数据缺乏可比性，严重制约了科研成果的转化和产品的市场准入。1.2国际标准化的需求背景在此背景下，建立一套科学、统一、可重复的光催化材料空气净化性能测试方法国际标准，已成为学术界和产业界的共同呼声。国际标准化组织ISO/TC206（精细陶瓷技术委员会）作为负责精细陶瓷领域国际标准制修订的技术机构，长期关注先进陶瓷材料性能测试方法的标准化工作。在该技术委员会的组织协调下，ISO17168系列标准应运而生，旨在针对室内照明环境下光催化材料的空气净化性能测试提供系统化、标准化的技术规范。ISO17168-2:2025作为该系列标准的第二部分，以乙醛为目标污染物，专门规定了半导体光催化材料在室内照明环境下对乙醛的去除性能测试方法，为更广泛的室内VOCs光催化降解性能评价奠定了基础。二、标准研制背景与工作过程2.1国内外相关标准现状在国际标准层面，ISO此前已发布的光催化测试标准主要关注紫外光条件下的光催化活性（如ISO10678关于TiO₂薄膜光催化活性的测定等），针对室内可见光环境下的空气净化性能评价方法尚属空白。在日本工业标准（JIS）体系中，JISR1701系列标准涉及光催化材料的空气净化性能测试，但其主要针对特定的测试条件和目标污染物，未系统覆盖室内照明条件下的乙醛去除测试。中国国家标准（GB/T）中亦有相关光催化材料测试标准，如GB/T23761等，但同样以紫外光激发为主。总体来看，国内外在模拟室内照明环境下光催化材料去除乙醛性能的标准化测试方法方面存在明显的标准缺失。2.2ISO17168标准的立项与研制历程ISO/TC206技术委员会在充分调研光催化领域标准化需求的基础上，于2019年前后启动了室内照明环境下光催化材料空气净化性能测试方法系列标准的立项工作。该系列标准计划涵盖多种典型室内VOCs污染物，其中乙醛因在室内环境中的普遍性和代表性而被优先纳入了标准研制计划。来自中国、日本、韩国、德国等国的标准化专家共同组建了工作组（WG），围绕测试方法的科学性、可比性和可操作性开展了大量比对试验和方法验证工作。经过多轮工作组讨论、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）等阶段的严格审查和投票程序，ISO17168-2最终于2025年正式发布。2.3标准编制的技术难点在标准的研制过程中，工作组面临的关键技术挑战包括：（1）如何合理模拟室内真实照明环境——室内光源通常为荧光灯、LED灯等可见光光源，其光谱分布和光照强度与标准太阳光或紫外光源差异显著；（2）如何控制乙醛浓度在测试范围内的稳定性——乙醛具有较高的挥发性，在低浓度条件下精确控制其浓度和均匀分布具有较大难度；（3）如何实现不同实验室间测试结果的可比性——需对流通式反应器或密闭式反应器中的气流状态、传质效率、反应条件等因素进行严格的标准化控制。三、标准主要技术内容3.1适用范围ISO17168-2:2025适用于在室内照明环境下具有光催化活性的半导体光催化材料（包括粉末、薄膜、涂层、块体等多种形态），主要针对以乙醛为目标污染物的空气净化性能评价。该标准适用于采用室内照明光源（如荧光灯、白光LED等）照射、在常压和室温条件下进行的光催化去除乙醛性能测试。3.2规范性引用文件该标准在技术内容上与其他相关ISO标准保持协调一致，引用了有关精细陶瓷术语定义、光催化材料性能测试通则等基础性标准文件，确保了标准体系的内在一致性。3.3术语和定义标准对以下关键术语进行了明确的界定：-半导体光催化材料：能够吸收光能产生电子-空穴对，并在表面引发氧化还原反应降解污染物的半导体材料（如改性TiO₂、ZnO、WO₃、Bi₂O₃等）。-室内照明环境：模拟室内日常照明条件的光照环境，通常指照度为数百至数千勒克斯（lx）的可见光辐照条件。-空气净化性能（乙醛去除率）：在规定测试条件下，光催化材料对气态乙醛的去除效率，通常以一定时间内乙醛浓度的降低百分比或反应速率常数表示。-光催化反应器：承载光催化材料并提供可控光照和气流的试验装置。3.4测试原理标准所规定的测试方法基于以下原理：将待测光催化材料以规定的形式置于密闭或流通式反应器中，向反应器内通入含有已知浓度乙醛的模拟空气（或高纯空气），在达到吸附-脱附平衡后，开启室内照明光源，使光催化材料表面在光照激发下产生强氧化性活性物种，将乙醛氧化分解为CO₂和H₂O。通过在线监测反应器内乙醛浓度随时间的变化，计算光催化材料的乙醛去除率和反应速率，从而定量评价其空气净化性能。3.5试验装置标准规定了一套完整的试验系统组成，主要包括：-气源系统：提供满足洁净度要求的模拟空气或合成空气，具备流量精确控制功能；-乙醛发生装置：以可控的速率向气流中引入乙醛气体（如通过渗透管法或气瓶稀释法），实现目标浓度的精确配气；-光催化反应器：反应器可选用流通式或密闭式构型，需内置样品固定装置，配备透光窗，确保光辐射均匀照到材料表面；反应器的材质应不与乙醛和生成物发生化学反应；-光照系统：采用标准室内光源（如白光LED灯或荧光灯），提供规定的光照强度（照度范围通常设定为1000lx的标准条件），并对光谱分布做出规定；-浓度检测系统：采用气相色谱仪（GC）、光离子化检测器（PID）或在线VOCs分析仪等设备，实时或定时测定反应器内乙醛浓度；-温湿度控制系统：保持反应器内温度（25°C±2°C）和相对湿度（50%±10%）的稳定。3.6样品制备标准对样品的制备方式做出了详细规定：对于粉末样品，需将其均匀涂覆于规定的基板（如玻璃板）上，控制涂覆量和涂覆面积的统一；对于薄膜和涂层样品，需明确基材类型和薄膜厚度范围；对于块体材料，则需规定尺寸和平整度要求。此外，对样品的预处理（如表面净化、预光照老化）也给出了相应规范，以保证不同实验室间样品状态的一致性。3.7试验程序试验程序主要包括以下步骤：1.样品平衡与暗吸附阶段：将制备好的样品置于反应器中，在避光条件下通入含有乙醛的气流（或注入乙醛至指定初始浓度），监测乙醛浓度的变化，直至达到吸附-脱附平衡（浓度变化小于5%/30min），记录平衡浓度C₀；2.光催化反应阶段：开启照明光源，设定光照强度至规定值，持续监测乙醛浓度随时间的变化；3.试验终止：当乙醛浓度降低至初始平衡浓度的50%以下，或达到规定的试验时间（通常为2~6小时）时终止试验；4.空白对照试验：在不放置光催化样品（或放置无光催化活性的惰性样品）的条件下，进行相同试验程序，以排除非光催化因素（如自然光解、反应器壁吸附等）造成的乙醛去除贡献。3.8数据处理与结果表达标准规定了如下数据处理方法：-乙醛去除率（η）：以光照一定时间后乙醛浓度降低量与初始平衡浓度之比表征（%），同时要求扣除空白试验的贡献；-光催化反应速率常数（k）：依据准一级反应动力学模型ln(C₀/C)=kt对实验数据进行拟合，求得表观反应速率常数（单位：min⁻¹或h⁻¹）；-消除负干扰：对空白试验中乙醛浓度下降超过一定比例（如10%）时，需重新检查系统密封性和反应器洁净度。标准要求试验结果至少应包括：乙醛初始浓度、光照强度和光谱分布、温度、相对湿度、气体流速（如适用）、去除率和/或反应速率常数，并规定平行试验次数不少于3次，以均值±标准偏差的形式报告结果。四、标准的技术特点与创新性4.1针对室内照明环境进行专门设计与现有光催化性能测试标准主要依赖紫外光照射不同，ISO17168-2:2025以室内照明条件为基本出发点，在光源选择、光照强度设定等方面做出了与现实室内环境高度契合的技术规定。白光LED光源的引入，契合了当前室内照明技术的主流发展方向，使得标准所规定的测试条件真实反映光催化剂在实际室内环境中的工作条件，显著提升了测试结果的实际指导意义。4.2以乙醛为目标污染物具有典型性和实用性乙醛作为室内VOCs的重要组成部分，其分子结构简单、化学性质相对稳定、检测方法成熟，是一种理想的光催化性能评价模型污染物。通过测定光催化剂对乙醛的降解能力，可以为其在实际室内环境中对其他VOCs的光催化去除效果提供合理预测。同时，乙醛具有一定的毒理学意义，标准直接服务于公众健康的室内空气质量管理。4.3系统性的试验条件控制标准从气体浓度精确配置、光照条件规范设定、反应器结构要求、环境参数（温度、湿度、气体流速）精确控制、空白对照试验设定等多个维度进行了系统性的技术规定。这一全面的试验条件控制框架有效排除了非目标因素的干扰，确保了测试结果的可重复性和实验室间的可比性，为光催化材料空气净化性能的公平、科学评价提供了技术保障。4.4与国际标准体系的协调兼容作为ISO/TC206框架下制定的标准，ISO17168-2:2025在术语定义、测试原理和数据处理方法上充分考虑与国际上现有光催化测试标准（如ISO10678、ISO22197系列等）的兼容与衔接，形成了逻辑一致、相互补充的标准族。这种体系化的研发思路有助于构建完整的国际光催化材料测试标准框架，减少标准间的冲突和重复。五、主要参与单位介绍ISO17168-2:2025的研制凝聚了国际标准化组织ISO/TC206精细陶瓷技术委员会各成员国的智慧与力量，其中日本精细陶瓷中心（JapanFineCeramicsCenter,JFCC）作为该标准制定的核心技术支撑单位之一，发挥了举足轻重的作用。日本精细陶瓷中心成立于1985年，是日本经济产业省（METI）支持下设立的专门从事精细陶瓷材料研究与评价的权威机构。JFCC下设材料分析评价部门、标准化推进部门和多个专业实验室，拥有国际领先的材料制备、结构表征和性能测试平台。在光催化材料领域，JFCC积累了三十余年的研究经验，主持或参与制定了多项日本工业标准（JIS）和国际标准化组织（ISO）标准，包括JISR1701系列光催化材料测试标准和ISO10678等。在ISO17168-2:2025的研制过程中，JFCC承担了多项关键技术任务：组织开展了多轮国际实验室间比对试验（RoundRobinTest），验证了标准草案中测试方法的精密度和再现性；提供了标准试验装置的设计方案和技术参数优化建议；主导了标准中关于乙醛配气系统、反应器密封性以及光照均匀性等关键技术要求的起草工作。JFCC的专业贡献和技术引领为标准的顺利发布提供了坚实的科技支撑。此外，中国的相关科研机构和企业也积极参与了该标准的研制工作。中国建筑材料科学研究总院有限公司作为ISO/TC206国内技术对口单位的核心成员，长期以来组织国内光催化材料领域的优势力量开展国际标准跟踪和参与研制工作，组织国内多家检测机构和企业参加了标准验证试验；国内光催化材料龙头企业——浙江某新材料科技有限公司等也作为观察成员单位参与了技术讨论和数据反馈，充分体现了中国在光催化材料国际标准化领域日益增强的参与度和话语权。六、标准应用前景与预期效益6.1促进光催化材料产业的健康发展6.2推动科研成果的高效转化学术界产出的大量光催化材料研究成果，因测试方法不一致而难以直接进行横向对比和工程转化。ISO17168-2:2025为研究者提供了通用的性能测试语言，使得不同研究团队开发的新材料能够在统一尺度下被客观评价。这将加速高性能光催化材料的筛选进程，缩短从实验室研究到工程应用的转化周期。6.3支撑室内空气质量管理体系的建立随着人们对室内空气质量关注度的持续提升，空气净化器、光催化涂料、光催化建材等产品市场快速增长。ISO17168-2:2025为相关产品质量认证和性能标识制度的建立提供了技术基础，有助于构建