中国管道清洗中心-光触媒-即将引发一场光净化革命的新型材料

    光触媒产品是目前国际上渐趋流行的一种新型环保材料，其主要成份是纳米级二氧化钛。这一产品喷涂于墙面后，可形成一层薄膜，通过吸收阳光中的紫外线发生光催化作用，产生活性氧和氢氧自由基，对空气中的有害化学物质进行降解，尤其对甲醛、苯、氨和TVOC(总挥发性有机物）等有害物质具有较强的降解能力。不仅如此，光触媒产品还具有很强的灭菌能力，实验室检测结果表明，光触媒对大肠埃希氏菌、肺炎克雷伯氏菌以及军团菌都具有极强的杀灭能力。

    什么是光触媒

    光触媒[Photo catalyst]是光[Photo=Light]＋触媒（催化剂）[catalyst]的合成词。

　　光触媒是一种以纳米级二氧化钛（TiO2）为主要成份的具有光催化功能的光半导体材料的总称，是当前国际上治理室内环境污染的最理想材料。光触媒中的二氧化钛（TiO2）在光的照射下，会产生类似光合作用的光催化反应，产生出氧化能力极强的氢氧自由基和活性氧，具有很强的光氧化还原功能，可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，破坏细菌、霉菌这些有机物的细胞膜和固化病毒的蛋白质，可杀灭细菌和分解有机污染物并将其分解成无污染的水和二氧化碳，在杀菌的同时还能分解细菌尸体上释放出的有害复合物，因而具有极强的抗菌、除臭、防污自洁、亲水、净化空气等功能。近来，光触媒被誉为未来产业之一的纳米技术产品。

　　光触媒历史

    1968年当时东京大学的研究生滕岛昭偶然的情况下发现了光触媒。

　　1999年，由于纳米技术得到了突破性进展，光触媒终于正式登上了国际研究舞台。

　　2001年，光触媒产品全面介入家庭日常生活，并在短短的半年时间内，迅速席卷东南亚发达国家和地区，成为家庭主要消费产品之一，而且奇迹般的以年平均4.6%的速度递增，在发达国家，光触媒已经成为老幼皆知的环保代名词。并于年末，首次应用于美国空间站的空气净化工程。

    光触媒的反应机理

    当纳米级二氧化钛超微粒子接受波长为388nm以下的紫外线照射时，其内部由于吸收光

    能而激发产生电子·空穴对，即光生载流子,然后迅速迁移到其表面并激活被吸附的氧和水分，产生活性自由氢氧基（·OH）和活性氧（·O），当污染物以及细菌吸附其表面时，就会发生链式降解反应。

    光触媒技术应用主要在于纳米化的二氧化钛生产技术及光源。

    首先是催化效果与粒子的大小有很大关系。一般在5-10微米径的二氧化钛催化效率较高。

    催化效率与光源有关。一般来说，用紫外光或阳光中的紫外线照射时催化效率较高，普通灯光及其它散射光催化效率即打折扣。
　　
　　光触媒到底是什么？它的作用是什么呢？

形象地说，光触媒是使物体表面能够产生“光合作用”的物质。在光线的照射下，通过喷涂附着于物体表面的光触媒将光能转换，形成化学反应，作用就象植物光合作用中的叶绿素，而功效是分解空气中的挥发性有机物，如甲醛、氨、苯等有害物质，并杀灭细菌病毒。光触媒的氧化能力远远强于碳纤维和臭氧，具有强力的抗菌、除臭、油污分解、防霉防藻和空气净化等作用，因此，光触媒的环境净化功能也很明显。光触媒的主要成分是纳米级的二氧化钛(TiO2)。二氧化钛吸收阳光中的紫外线后，内部电子被激发，形成活性氧类的超氧化物，也就是将自然界的光能转换成化学反应所需的能量，来产生催化作用，使周围的氧气及水分子激发成极具氧化力的CH及O2自由负离子，它几乎可以分解所有对人体和环境有害的有机物质。

光触媒最早被日本科学家发现。因此日本是光触媒相关研究最盛行、应用技术最成熟和应用范围最广的国家。光触媒最早在日本被成功应用于汽车抗菌净化处理上，成为最新的车辆净化工具。日本国土交通省已经明确规定：营业用车辆需每月消毒，而进行过光触媒喷涂的车辆5年内可以不做消毒。目前，日本出租车已有10000辆以上应用了光触媒喷涂处理。同时，新上市的车辆进行光触媒处理可以除去新车内饰材料挥发的异味和有害气体，并可以解决一些以前难以解决的难题，如日本NISSAN和丰田汽车公司分别在新上市的Cima和Corolla车型的侧视镜上进行了二氧化钛处理，使其具备了特殊的防雾功能。

事实上，光触媒的应用几乎可以涉及人们日常活动的每一个角落，并且已经开始展示出它广泛的功效：日本东陶集团(TOTO)已经使用光触媒生产抗菌自洁瓷砖和抗菌卫生洁具；美国玻璃制造商PPG公司等已经采用光触媒技术生产自洁玻璃；日本日立公司及台湾部分厂商已经开始生产光触媒灯具……而更简单的应用是将光触媒均匀喷涂在周围环境的表面，比如家庭和办公室的墙壁，这样就能以最简单的手段获得持续净化的环境。这种持续净化在更大的建筑物外墙上也可以实现，对建筑物外墙进行整体光触媒喷涂后，不仅可以净化室外空气，而且可以分解墙面附着的污垢，同时使灰尘不易附着，在雨水冲刷后得到清洁的表面，从而产生自洁作用。

也就是说，在生活和工作中，你想要哪里保持持续的清洁，并保持良好的空气质量，你就可以在哪里均匀地喷涂上一层无色透明的光触媒薄膜，只要有光线照射，即使不开窗通风也可以获得持续洁净的空气，同时也使喷涂过光触媒的物体表面变得易于清洁，而且做起来非常省事，这就是光触媒。

　　光触媒材料及产品

    光触媒材料、光触媒（喷）剂、光触媒原液、光触媒粉、光触媒抗菌剂、光触媒杀菌消毒剂、纳米及氧化光触媒、光触媒涂料、光触媒滤网、冷触媒过滤器（网）、光触媒绢花、光触媒室内空气净化（清净）设备、光触媒磁片、光触媒脱臭网、果蔬光触媒降解剂、暗光触媒、银光触媒、光触媒灯管、光触媒常温涂膜、光触媒口罩、光触媒杀菌亲肤凝露等。

    作为一种新型的光催化剂，光触媒可吸收阳光中的紫外线，并与其产生催化反应，产生氧化能力极强的氢氧自由基，对附着于物体表面和悬浮于空气中的有害物质进行分解，同时破坏细菌细胞膜，使其细胞质流失进而导致细菌死亡。此外，光触媒还具有凝固病毒蛋白质，抑止病毒活性的特性，在防止病毒扩散方面具有重要作用。

    光触媒具有卓越的空气净化作用，其除臭能力超过高效纤维活性炭150倍。据专家测算，每百平方米光触媒涂层的空气净化能力相当于7棵白桦树的空气净化能力。而且，光触媒对有害物质降解后生成物为二氧化碳和水，对环境不会造成二次污染。

　　鉴于光触媒在环境保护方面的卓越效能，日本政府已经率先开始在公共交通部门的运输车辆上推广使用这一产品，凡经过光触媒处理过的运营车辆可在五年内不再采取其他消毒措施。由此可见，光触媒产品正在成为新一代环保时尚产品，它将为每个家庭营造出一个清新、自然的绿色环境。

    光触媒材料发展的趋势

　　近年来环保法规的日益严峻，人们对于居住环境品质要求的提升，只要是有助于环境品质提升的綠色产品，相信将会是未来发展的重点，而衍生出相关产业。光触媒材料应用推广及市场开发前景被看好，若在相关政策的落实之下以及对上、中下游产业技术的整合后，未来市场的规模将可达20亿元以上。

　　在整个光触媒产业当中，在中、下游的产业除了应用面技术及市场的扩展外（此部分日本方面已有较为完整的技术资源），开发新世代的应用产品将会一发展重点，另一方面，在上游（原料提供）产业方面应积极发展或改良原料的制程技术，及从事新型光触媒材料开发，如此才可累积产业的竞争力，开垦出自己的市场。以下列举几个新时代光触媒材料可发展的方向：

    (一) 光触媒固定化技术的开发
　　
    利用薄膜涂层的方式来发挥光触媒催化的功能，这是最为簡单且普遍的方式之一，然而就技术层面来而言，仍存有许多问题有待克服，其中技术最困难点应为光触媒固定化。光触媒因其具有强大的氧化能力，容易分解有机物质，因此当与有机基材做搭配应用时，必须要防止基材被分解，现有方式多为在触媒层与有机层间透过一保护层做介质，如此会提高产品的制作成本。有机与无机复合涂层材料（hybrid）的技术的引入，将会是另一个克服问题的方法，将光触媒与有机材料（如resin）结合做为涂料，除了可防止有机基材的分解外，以有机为matrix的功能层亦有高分散性、提供高接触面积等优点。除此之外，光触媒固定化技术上要考虑的问题还包括：透明性、附着性及机械强度等。

    (二) 高效态的光触媒

　　触媒本身的性质在光催化反应中扮演一重要的角色，轻、薄、短、小不只是电子产业材料的发展趋势，亦是新型材料开发的最高指导原则，光触媒材料亦然，预期当光触媒材料进入纳米級时（< 15 nm），超越块材（bulk materials）具有的性质将可有效的提升光分解的效率。另外，抑止光催化反应中电子电洞对的再结合，亦是提高光触媒效态的方向，在文献中可看到如贵重金属（Ag、Au）摻杂入二氧化钛中。

    (三) 可见光应答新型光触媒

　　太阳光的能量分布最强的范围落在450 nm的波长左右，然而现行之大部分二氧化钛光触媒使用之光源为300~380 nm的紫外光，換言之，二氧化钛光触媒的应用会受到使用光源的限制，或是使用太阳光为光源时，无法充分利用太阳光所提供之能量，仅仅吸收约5%的能量；因此，开发可见光应答新型光触媒是很重要的，可见光触媒的应用范围比紫外光触媒更为广泛，目前各先进地区对可见光触媒均停留在研发的阶段，如态直接利用太阳光的可见光部份进行触媒催化的功能，将可使光触媒的应用市场衍生出许多新兴事业。

   (四) 三维净化空间的延伸

　　现行光触媒产品中多属二维空间平面的应用，鮮有立体空间的应用，然而三维空间可提供更多接触面积，应可提升光分解、杀菌的效态，搭配透明多微孔结构物质（meso-porous materials）所发展的新型光触媒，预期将可大大延伸其应用性。

   (五) 光触媒效态分析标准指标的建立

　　制作二氧化钛并不困难，但要使其具有光分解作用却是一门广大学问，日本现行虽有很多的光触媒相关产品，但其实际之光催化能力有待再加以评估，然而站在消费者的立场及对工作的负责角度来看，由一具公信力之机构进行光触媒效态的鉴定及标准指标的建立实有其必要性，如此可使厂商有一标准可依循，而消费者也更具保障。