光催化技术在建筑环境与设备中的应用及研究现状_丁国瑞

2013年第21期

科技创新

科技创新与应用

光催化技术在建筑环境与设备中的应用及研究现状

丁国瑞

（神东煤碳集团，陕西神木719315）

引言

利用光进行催化的方式是新型的能源性的技术，其优点是：消耗低、过程简单、使用后反应温和、降低再次污染、能够持续性的进行工作，越来越被人们所重视。从二十世纪五十年代开始，就开始利用光进行催化的研究，那个时候是要解决因为无机的化合物而造成的光的分解反应，也是因为燃料造成涂料的老化现象的问题。在二十世纪六十到七十年代，研究者对其进行研制出的传真复印的技术与各种新型的光电技术的时候，针对有光刺激与应答作用的半导体的氧化物的材料分析，并且深入探讨。一九七二年藤岛昭等研究人员进行实验的过程中，突然发现了一种使用二氧化钛的单晶式的半导体作为电极，有光的照射的条件下降水电进行电解成为氧与氢，同一时间，研究者找到了水中一些被成功降解的有机物质，这是利用光进行催化的历史上的一个重要的突破。在这以后，研究人员将二氧化钛负载在金属质地的载体上研制出了微电池，这样就证实了二氧化钛是能够利用光进行催化形成反应的事实。在之后的二十多年内，藤岛昭等研究人员在日本进行纳米二氧化钛的研制与开发的工作。对二氧化钛进行研制与技术开发运用，这也是史上的光洁净的革命事件。多国的研究者也都陆续的对其进行研究，不过将光催化方法运用在建筑与设备之中的研究也是在最近这十年左右的事。在建筑与设备里，使用光催化方法对室内的空气质量进行提高，同时也有着杀菌的功能，利用这项技术制成的材料使用在玻璃与建筑内的装饰上也有清洁与防雾的效果，如今国内外进行研究与开发的重点问题就在运用纳米进行空调的强化与制冷及传热功能上。

1光催化技术在室内空气净化中的应用TiO 2光催化材料在受到紫外线光照射时，钛原子上的电子被光激发，形成电子空穴对，空气中的水、氧气会被分解为具有极强氧化

力的O 2-和氢氧根自由基OH -，能使有机物分解成CO 2和H 2O ，也能降解部分无机化合物，从而达到净化空气的效果。光催化空气净化的本质是在光电转换过程中进行氧化还原反应。表1列出了各种氧化剂的氧化电位。光催化空气净化技术不同于传统的过滤吸附方法。传统的过滤吸附方法只起到使污染物转移的作用，并不能对污染物彻底根除，且存在滤芯的吸附饱和问题，需要定期更换滤芯。纳米光催化空气净化技术可以直接利用包括太阳光在内的各种途径的紫外线光，在室温条件下就能将室内病毒、各种挥发性有机污染物光解消除。用纳米尺度TiO 2作为催化剂，以吸附介质为载体形成高活性TiO 2催化剂膜研制成的纳米光催化氧化空气净化器，可以在一定程度上解决室内空气污染问题。将纳米尺度TiO 2做成涂料，喷涂在建筑物内墙上，可以改善室内空气质量。采用光催化空气净化技术，还可以减少通过增加建筑物通风换气带来的能量消耗，从而达到节能的目的。

利用光催化技术进行空气净化，我国很多学校与研究院都对其进行了研究，在利用光催化技术进行建筑与设备方面，清华、福州、清华等高校是具有研究标志，所研究的结果已经对我国这项技术研究的空白地进行了填充。

在光催化技术净化空气方面，光催化空气净化器的研究最为活跃。日本在光催化技术的理论研究方面一直处于世界领先地位，在

应用方面也取得突破性进展，产业化程度高、速度快、产品种类多

(应用光催化技术的产品有数十种)。目前，仅日本就有数百家公司进

行研发和生产。另外，

德国、美国、韩国等国正在积极进行光催化空气净化器的研究。图1为光催化空气净化器内部结构示意图。

如今，中国的很多相应的厂家还是进行机械过滤、空气的负离子感应器与活性炭的吸附生产，利用光催化方法的很少，一些产品还是存在着多多少少的质量问题。图2，图3是北京的工业大学研究成果。图2展示的是空气净化设备放置在实验室内，室内有浓度较低的甲醛，分别测试了室内在三种不同的状态下甲醛的浓度转变的情况：1)实验舱内的空气净化器未启动，甲醛浓度自然衰减;2)启动实验舱内空气净化器,过滤层和光催化层同时作用;3)将净化器内

过滤层取出，保留光催化层，启动舱内净化器。

测试时间为30min 。从图2可以看出光催化层几乎对甲醛没有任何降解作用。图3是相同的实验舱，带有活性炭吸附层和光催化层的某空气净化器放在实验舱内，舱内有低浓度的甲醛，分别在三种情况下实测舱内甲醛浓度的变化情况:1)实验舱内的空气净化器未启动，甲醛浓度自然衰减;2)启动实验舱内空气净化器，活性炭吸附层和光催化层同时作用;3)将净化器内活性炭吸附层取出，保留光催化层，启动舱内净化器。从图3可以看出，对甲醛降解起主要作用的是活性炭吸附层，光催化层的作用微乎其微。

2光催化技术在杀菌方面的应用

一九九七年纳米二氧化钛被涂在玻璃上，在光进行照射三小时之后，大肠杆菌就能够完全被消灭掉，后来经过试验，证明了纳米二氧化钛不光是对大肠杆菌有效果，对多种给菌类与藻类都能够完全去除，不过利用二氧化钛进行杀菌通常都是需要有光照的条件下才能展现效果。以往的无机种类的杀菌剂都包含着锌、铜、银等粒子，并不要通过光射来反应就能够去除细菌，不过在去除细菌之后，会释放出毒素，内毒素是一种能够致命的物质，不过纳米二氧化钛就能够将毒素全部去除。必须进行说明的就是二氧化钛自身对各种微生物并不具有毒性，形成毒性的条件就是大面积聚集。如今北京的工业大学与新加坡名校进行合作，对这项技术进行了研究其去除塔内细胞，已经出现了效果。日本富士化水工业株式会社、国立环境研究所、成蹊大学、筑波大学正在对利用光催化技术防止冷却塔藻类的生成和杀菌进行深入研究。

3结束语

光催化的方法是目前我们研制出的新型能源方式，利于我国的可持续性发展，在建筑与设备之中的应用有非常广大的平台。这项技术在进行研究时需要运用到多种交叉性的学科内容，至如今还是有很多技术方面的问题未解决。不过只要在研究时坚持求真务实与

以人为本的概念，将科技、

学科知识、市场相结合，这项技术就会让我们在居住着安全、健康、舒适的环境之下，同时大力的发展我国的建筑业。

摘

要：简要概括了光催化方法运用在建筑和设备里的应用与探究，如今进行研究最重要的就是怎么使用光催化措施对室内空

气的质量进行改善、使用光催化的材料进行杀菌、使用光催化的自洁与防雾的作用、使用光催化的材料对空调制冷传热性能的

强化作用；仔细的研究了其状况，同时对其接下来需要研究的问题进行分析。关键词：光催

化

技

术

；建筑环境与设备；应用现状表1各种氧化剂的氧化电位

图1光催化空气净化器

内部结构示意图图2国外某光催化空气净化器实测结果图3国内某光催化空气净

化器实测结果

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