科技创新与应用Ｉ ２０１３年第２１期 科技创新 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） 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 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 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 （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 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 行工作，越来越被人们所重视。从二十世纪五十年始，就开始利 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。 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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；２１启 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， 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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） 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 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 的事件。多国的研究者也都陆续的对其进行研究，不过将光催 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 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。 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 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 作用微乎其微。 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 ２光催化技术在杀菌方面的应用 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 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 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。 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 １光催化技术在室内空气净化中的应用 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 ＴｉＯ 光催化材料在受到紫外线光照射时，钛原子上的电子被光 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 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 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， 力的０２－和氢氧根自由基ＯＨ，能使有机物分解成ＣＯ 和Ｈ Ｏ，也能 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 的生成和杀菌进行深入研究。 物光解消除。用纳米尺度ＴｉＯ：作为催化剂，以吸附介质为载体形成 ３结束语 高活性ＴｉＯ 催化剂膜研制成的纳米光催化氧化空气净化器，可以 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 在一定程度上解决室内空气污染问题。将纳米尺度ＴｉＯ 做成涂料， 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 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 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 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 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 而达到节能的目的。 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 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 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 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、 建筑、Ｉ 。 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 一引言 表１各种氧化剂的氧化电位 ＼ 虢纯黼 － 麓＿ｌ槐 溅黛 图２国外某光催化空 图３国内桌光催化空气净 气净化器实测结果 化器实测结果 图１光催化空气净化器 内部结构示意图 一４４一
