關(guān)鍵詞：光催化；納米材料；空氣凈化器

    Keywords: photocatalysis, nanometer material, air cleaner

    0 引言

    室內(nèi)空氣品質(zhì)日益受到關(guān)注，它已不再僅僅是建筑環(huán)境領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)，而更關(guān)系民生。中國(guó)每年11萬(wàn)人死于室內(nèi)污染，室內(nèi)空氣污染物會(huì)對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)及神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生很大危害，甚至致癌。建筑物中的空氣污染物主要是由建筑裝修過(guò)程中使用的粘結(jié)劑、涂料和油漆等釋放出來(lái)的。

    納米光催化技術(shù)是始于20世紀(jì)70年代的深度氧化技術(shù)。由于TiO2具有化學(xué)活性高、化學(xué)及光學(xué)性能穩(wěn)定、耐熱性好、無(wú)毒、價(jià)格相對(duì)同類產(chǎn)品低廉等特點(diǎn)，被認(rèn)為是目前最有前途的綠色環(huán)保型光催化劑。下面對(duì)光催化技術(shù)應(yīng)用于空氣凈化器的研究做一簡(jiǎn)要介紹。

    1 納米光催化材料處理室內(nèi)空氣污染物的原理簡(jiǎn)介

    1.1 納米TiO2光催化反應(yīng)原理

    半導(dǎo)體光催化作用的本質(zhì)是在光電轉(zhuǎn)換中進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。根據(jù)半導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)，當(dāng)其吸收一個(gè)能量不小于其帶隙能（Eg）的光子時(shí)，電子（e-）會(huì)從充滿的價(jià)帶躍遷到空的導(dǎo)帶，而在價(jià)帶留下帶正電的空穴（h+）。價(jià)帶空穴具有強(qiáng)氧化性，而導(dǎo)帶電子具有強(qiáng)還原性，它們可以直接與反應(yīng)物作用，還可以與吸附在催化劑上的其他電子給體和受體反應(yīng)。

    吸附在TiO2表面的溶解氧俘獲電子形成·O-2（原子氧），而空穴則將吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成·OH（氫氧自由基）。氫氧自由基的氧化能力很強(qiáng)，能有效地將有機(jī)污染物氧化，最終將其分解為CO2，H2O，PO43-，SO42-，NO23-及鹵素離子等無(wú)機(jī)小分子，達(dá)到消除空氣污染物的目的。

    1.2 納米TiO2應(yīng)用于空氣凈化領(lǐng)域獨(dú)特的環(huán)保優(yōu)勢(shì)

    (1)降解速度快，一般只需要幾十分鐘到幾個(gè)小時(shí)即可取得良好的處理效果；(2)降解無(wú)選擇性，幾乎能降解任何有機(jī)物，尤其適合于氯代有機(jī)物、多環(huán)芳烴等；(3)氧化反應(yīng)條件溫和，投資少，能耗低，在紫外光照射或陽(yáng)光下即可發(fā)生光催化氧化反應(yīng)；(4)無(wú)二次污染，有機(jī)物徹底被氧化降解為CO2和H2O等無(wú)害物質(zhì)；(5)應(yīng)用范圍廣，幾乎所有的污染空氣都可以采用。

    2 光催化空氣凈化器的原理及功效

    2.1 空氣凈化器的發(fā)展趨勢(shì)

    隨著人民生活水平的提高和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，空氣凈化技術(shù)的研究應(yīng)運(yùn)而生。第一層次的產(chǎn)品以物理為主的空氣凈化器，是利用過(guò)濾、吸附、磁化處理雜質(zhì)、靜電凝聚清除塵埃、負(fù)離子消除煙塵等單一技術(shù)或其綜合。

    第二層次產(chǎn)品是以臭氧負(fù)離子為主要功能的空氣凈化器。臭氧具有消毒、殺菌、除臭去味和去顏料色素等功能，利用臭氧與負(fù)離子以及其他物理過(guò)濾方法結(jié)合可以達(dá)到一定的空氣凈化效果。但是臭氧仍然存在不能分解有機(jī)污染物的缺點(diǎn)。

    采用納米光催化分解有害氣體為核心，結(jié)合HEPA除塵技術(shù)、紫外殺菌技術(shù)、臭氧耦合技術(shù)和負(fù)離子清新技術(shù)于一體的空氣凈化技術(shù)將帶來(lái)第三層次的全方位空氣凈化器。具有強(qiáng)力除塵、脫臭、消毒、滅菌、分解有害氣體等凈化空氣的功能。

    2.2 新材料、新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

    應(yīng)用納米TiO2泡沫鎳金屬濾網(wǎng)及甲醛、氨、TVOC吸附改性活性炭等新材料，以及采用慣流風(fēng)扇取代傳統(tǒng)的離心風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，提高空氣凈化器的性能。

    （1）光催化泡沫鎳金屬濾網(wǎng)的特性

    鎳金屬網(wǎng)是用特殊的工藝方式將金屬鎳制作成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的金屬濾網(wǎng)。它具有：空隙加大，一般大于96%；通透性好，流體通過(guò)阻力��；其實(shí)際面積比表觀面積大很多倍（10-13）的特性。

    鎳金屬網(wǎng)是將納米級(jí)的TiO2以特殊工藝鑲嵌在泡沫狀鎳金屬網(wǎng)上，從而將光催化材料的殺菌、除臭、分解有機(jī)物的功能和鎳的超穩(wěn)定性很好的結(jié)合在一起。它有效的解決了其他光催化材料在使用中存在的有效受光面積小、流體和光催化材料接觸面積小、氣阻大以及因光催化材料在光催化作用下的強(qiáng)氧化性致使其附著基材易老化和光催化易脫落而使其壽命短的缺陷[1]。

    （2）活性炭改性工藝及增強(qiáng)性能

    活性炭是一種多孔性的含碳物質(zhì)，它具有高度發(fā)達(dá)的空隙構(gòu)造，是一種優(yōu)良的空氣中異味吸附劑。

    甲醛吸附改性活性炭：應(yīng)用先進(jìn)的活性炭改性工藝，克服普通活性炭對(duì)極性小分子醛類污染物吸附能力差的弱點(diǎn)，消除效率可提高10倍；

    氨吸附改性活性炭：應(yīng)用活性炭表面改性工藝，增強(qiáng)活性炭對(duì)氨類污染的媳婦性能；

    TVOC吸附改性活性炭：催化改性活性炭，高效快速吸附消除空氣中的TVOC污染。

    （3）光催化空氣凈化器通過(guò)在殼體內(nèi)上置貫流風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，相對(duì)節(jié)省了空間，有效增大過(guò)濾系統(tǒng)的空間，即實(shí)現(xiàn)了在有限空間內(nèi)，HEPA過(guò)濾器和除氨（除甲醛、除TVOC）特效過(guò)濾器可同時(shí)使用，提高了空氣凈化的效率和質(zhì)量。同時(shí)，貫流扇葉的應(yīng)用吸取空調(diào)中風(fēng)扇結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，使應(yīng)用環(huán)境更加健康、環(huán)保。

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