纳米光催化技术在壁纸上的应用

光催化技术 为室内空气净化展现诱人的应用前景

    随着工业化以及城市化的发展，环境污染变得越来越严重，尤其是小环境的污染。几乎涉及到我们日常生活的方方面面如室内空气污染。对于室内空气污染，目前是对我们生活质量影响最大的，因为对于城市生活来说，80-90％的时间是在室内渡过的，而目前的室内污染是室外污染的5-20倍。尤其是随着住房节能化和密封性能的提高以及大量装修材料的使用，室内空气污染变得更加严重。随着生活和工作条件的改善，现代家庭和办公楼中都大量使用有机材料进行装修，而这些有机材料在使用过程中会不断散发出一些有毒的有机气体如甲醛等污染居室的空气。在美国EPA的报告中已把甲醛污染认定为对人体危害最大的有机污染物。最近，国家为此建立了《民用建筑工程室内环境污染控制规范》的国家标准，并于2002年1月1日起实施。该《规范》严格规定了民用建筑室内污染物的种类和限量，放射性氡、甲醛、氨、苯和挥发性有机物被列入污染物名单。《规范》还把民用建筑分为两类进行污染物限量控制，一类是住宅、医院病房、幼儿园、疗养院等，这类建筑对污染物限量的要求较高；另一类是办公楼、旅馆、商场等，这类建筑对污染物限量的要求稍低。

    目前对室内空气净化处理还没有建立有效的方法，基本是采用开窗通气以及利用吸附加香等净化方式进行处理。开窗通气是一种比较简单的方法，但存在着能量消耗大以及受场所限制等局限性。利用吸附方式的净化，效率低，容易饱和以及不能杀灭细菌等缺点，不能长期使用。利用负氧离子等技术会产生臭氧，对人体有害，此外其净化活性也较低，目前在美国国家环境保护局已经不推荐使用。利用加香技术，并不能清除污染物，只是通过香味掩盖其真实的污染情况。以上技术目前还难以解决室内空气污染的问题。

    近年，随着纳米技术的发展，光催化技术为室内空气的净化展现了诱人的应用前景。由于光催化技术不仅可以完全净化空气中的有机污染物，同时还具有很强的广普杀菌性能，并具有效率高成本低对环境和人体无害的特点，在小环境的净化上显示出重要的应用前景。

光催化技术净化原理

    TiO2光催化剂在紫外光照下，可使其价带上的一个电子被激发，同时在价带上产生相应的空穴。光生空穴有很强的氧化能力（具有3.5eV的能量，相当于15000K的高温）。光催化剂所产生的光生空穴以其强劲的氧化能力可以分解破坏许多有机物以及杀灭细菌。如TiO2光激发产生空穴的氧化电位以标准氢电位计为3.2 eV，比起氯气的1.36 eV和臭氧的2.07 eV来，光生空穴的氧化性强得多。因此能够净化几乎所有的有机物和细菌。经过改性后的TiO2， ZnO等催化剂以及Bi2MoO6，Bi2WO6新型催化材料均可以在可见光以及自然光的辐照下，产生光催化净化作用.

光催化技术的特点

    1．由于光催化剂是在室温下使用的，不需要高温源，仅需自然光源，具有省能源和安全的特点。
 

    2．光催化剂具有很强的杀菌能力以及对细菌的广普性，几乎可以杀灭所有的细菌，如大肠桿菌、绿脓菌、葡萄球菌、霉菌、化脓菌、白藓菌等。对病毒也具有很强的杀灭能力。以ZnO，TiO2 的超氧化能力破坏细胞的细胞膜使细菌质流失造成细菌死亡；凝固病毒的蛋白质，抑制病毒的活性，並且捕捉、杀灭空气中的浮游细菌，其能力高达 99.0％。
 

    3．光催化剂在自然光的作用下，具有彻底分解有机物的能力，可以分解几乎所有的有毒有机物，其净化产物是CO2和水，不会产生副作用。因此，可以净化室内空气中的所有有害气体，对无机有害气体也具有很高的净化能力。
 

    4．光催化剂本身具有无毒，无污染，卫生安全以及效率高，寿命长，装置简单，维护容易，运行费用低等优点。

光催化技术安全性

    采用的TiO2和ZnO光催化材料是安全无害的，可广泛地采用在食品、日常生活用品、医药、养殖业和环保产业中，亦可作为食品添加剂使用。因而光催化材料在使用过程中是安全的，可靠的。光催化净化过程分解的最终产物是二氧化碳和水，对人体无毒无害，且不会对环境产生二次污染。

光催化净化技术在壁纸上的应用

    纳米光催化材料在家居和家装方面也具有很大的应用前景，可以与目前的技术结合提供对室内空气的净化性能，实现对室内有毒有害气体的净化和空气的杀菌消毒作用。清华大学的光催化纳米材料具有多种形态，可以满足在家装方面的需要。具有自然光催化活性的纳米粉体材料可以直接在壁纸的生产过程中添加进去，获得空气净化性能，抗菌杀菌性能以及本身的自清洁性能。纳米溶胶属于中性水溶液，使用范围广，可使用喷枪喷涂于几乎所有材料包括非耐酸性材料的表面，喷涂后为无色透明薄膜，能壁纸产品不会产生外观的影响。采用光催化技术的壁纸在室内自然光的作用下可以对室内几乎所有的细菌、有机污染物和多种病毒起到强效、彻底的分解作用。

集成光催化技术的壁纸和窗帘的新功能

净化空气功能
    家居或办公楼的家私、装修使用的油漆及木地板等建筑材料以及汽车的内饰材料均会产生大量的有毒气体，使用集成光催化技术的壁纸可以在室内自然光的作用下，迅速分解空气中的甲醛、苯、氨及挥发性有机化合物(TVOC)等污染物，从而达到净化空气的效果。

抗菌防霉功能
    对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯氏菌等细菌具有极强的杀伤力，光催化技术的杀菌能力高达99.99%，并能有效地抑制肠病毒、流行性感冒、滤过性病毒等病原的传播。物体发霉是由于滋生霉菌的关系，使用光催化剂可以轻易分解霉菌，解决物体发霉的问题。

抗污除臭功能
    使用光催化技术可强力分解臭源，加快有机物质、有毒气体的分解，提高空气净化效率。甲醛、乙醛、甲酸、苯酚、尼古丁等是空气中异臭味的主要来源，经光催化作用能彻底分解以上有机物质，除去空气中散布的臭味、异味及有毒气体。

自洁净功能
    使用光催化技术可使落在壁纸表面的灰尘的有机物被降解，使得灰尘颗粒与壁纸没有粘合力，和容易被清洁，具有自清洁和易清洁功能。

文/朱永法