一、光觸媒作(zuò)為(wèi)新(xīn)興起來的環保行業，其未來發展前景有着廣闊的市場。

納米技(jì )術的發現給特種塗料和功能(néng)性塗料的發展帶來了全新(xīn)的變革。尤其是納米光催化技(jì )術的發展極大地促進了室内與室外用(yòng)具有空氣淨化功能(néng)塗料革新(xīn)。納米光催化技(jì )術亦稱光觸媒技(jì )術發現于上世紀60年代後期，當時還是東京大學(xué)研究生的藤島昭在一次實驗中對放入水中的氧化钛單結晶進行了光線(xiàn)照射，結果發現水被分(fēn)解成了氧和氫。這一效果作(zuò)為(wèi)“本多(duō)－藤島效果”而聞名于世。由于這是借助光的力量促進氧化分(fēn)解反應，因此後來将這一現象中的氧化钛稱作(zuò)“光觸媒”。實際上，光觸媒是也是一類化學(xué)物(wù)質(zhì)，隻是必須經過一定的光源照射，才能(néng)促進化學(xué)反應的進行，與普通觸媒一樣，反應前後自身性質(zhì)不變。

作(zuò)為(wèi)光觸媒材料，首要的材料本身須有半導體(tǐ)特性，其價電(diàn)帶和導電(diàn)帶的能(néng)量差要适當，其次應具有較大的内層空軌道，而納米材料正具有這樣的條件。幾乎所有的納米材料均是半導體(tǐ)性質(zhì)，在光照射下，電(diàn)子被激發由價電(diàn)帶躍遷至導電(diàn)帶．所産生的電(diàn)位能(néng)足以使水電(diàn)解産生H2和O2。常見的半導體(tǐ)光觸媒材料有TiO2、ZnO、SnO2及CdS，其中TiO2因其強大的氧化還原能(néng)力、高化學(xué)穩定性及無毒的特性，已是公認的最佳光觸媒材料。

1992年後，納米技(jì )術的發展及其對新(xīn)型材料重要性認識，使人們開始重新(xīn)重視這一光催化氧化分(fēn)解效應。世界各國(guó)都投入了大量的人力和物(wù)力開展各類納米材料的制備與應用(yòng)研究。由于納米TiO2光觸媒材料具有優異的殺菌抗菌和降解有害氣體(tǐ)等效能(néng)而位于其首，用(yòng)其制作(zuò)的光觸媒噴液和光觸媒塗料已成為(wèi)室内環境治理(lǐ)的最行之有效的手段。用(yòng)傳統的化學(xué)消毒劑對環境治理(lǐ)均存在二次毒性和刺激性問題，且持續性差。經過近二十多(duō)年的研究與發展，此項技(jì )術的研究已經取得很(hěn)大進展，并在環境淨化方面得到應用(yòng)。TiO2光催化技(jì )術在空氣淨化、環境抗菌與除臭等領域的應用(yòng)，将改變環境淨化技(jì )術模式，産生一個全新(xīn)的技(jì )術領域。我國(guó)光觸媒技(jì )術研究起步雖晚，但在光催化效能(néng)方面及其應用(yòng)方面均具國(guó)際領先水平。

二、光觸媒的作(zuò)用(yòng)機理(lǐ)及應用(yòng)應注意的事項

催化技(jì )術是指利用(yòng)不同光源照射某些物(wù)質(zhì)使之具有催化反應功能(néng)的技(jì )術，故光催化技(jì )術又稱光觸媒技(jì )術。能(néng)在光作(zuò)用(yòng)下具有催化功能(néng)的物(wù)質(zhì)叫光觸媒或光催化劑；光源主要可(kě)以紫外光或含有紫外光的燈光、自然光和日光。目前應用(yòng)最廣泛的光觸媒主要是TiO2，有可(kě)能(néng)作(zuò)為(wèi)實用(yòng)的觸媒的還有ZnO和SiO2。納米光催化技(jì )術是利用(yòng)納米技(jì )術将觸媒物(wù)質(zhì)如TiO2作(zuò)成納米級範圍内顆粒(5～10nm)，使之能(néng)适應更多(duō)的光源，發揮出更好的光催化效果；故把經納米技(jì )術處理(lǐ)的光觸媒稱之為(wèi)納米光觸媒或納米光催化劑。

1.光觸媒作(zuò)用(yòng)機理(lǐ)

   TiO2之所以能(néng)成為(wèi)一種綜合效果極優的光觸媒，是由于其特有的能(néng)帶結構所緻。TiO2滿的價帶和空的導帶之間的禁帶寬度(金紅石型為(wèi)3.0eV，銳钛型為(wèi)3.2eV)，當它吸收的光子能(néng)量大于禁帶寬度時，價帶中的電(diàn)子就會被激發到導帶，在導帶形成高活性的電(diàn)子(e－)，同時在價帶相應産生一個帶正電(diàn)的空穴(h+)，即生成電(diàn)子空穴對。TiO2表面的空穴可(kě)與水分(fēn)子或羟基吸附進而發生反應，生成具有極高反應活性的自由基。自由基具有402.8MJ／mol的反應能(néng)，高于有機化合物(wù)中的各類化學(xué)鍵能(néng)，因此可(kě)促進多(duō)數有機化合物(wù)發生氧化反應，并進一步氧化生成CO2和H2O。

2.納米TiO2光觸媒的特點

   納米TiO2的激發态電(diàn)子到達表面的時間比普通TiO2要短得多(duō)．摻雜的金屬或金屬氧化物(wù)可(kě)降低TiO2的禁帶能(néng)量，并且使生長(cháng)的電(diàn)子、空穴不容易複合。故具有較高的光催化反應活性，由于采用(yòng)納米材料的比表面積很(hěn)大(>140m2／g)，因而吸附能(néng)力也就相應較強。這就為(wèi)光催化反應提供了大的活性表面，可(kě)與污染物(wù)更充分(fēn)地接觸，将他(tā)們極大限度地吸附在粒子表面。TiO2對于污染物(wù)質(zhì)分(fēn)解活性随TiO2的結晶型、粒徑、制法變化很(hěn)大。通常，平均粒徑小(xiǎo)于20nm的超微粒子活性較高。究其原因，除反應場的表面積大以外，激起電(diàn)子及電(diàn)子穴的移動距離小(xiǎo)，充分(fēn)地發揮了其量子尺寸效果等也起到重要作(zuò)用(yòng)。因光觸媒活性化所須的300～400nm紫外線(xiàn)隻占到達地表太陽能(néng)量的3～5％，因此去除大氣中的NO并不一定要有強紫外線(xiàn)，也就是說光觸媒隻要獲得0.1mW/cm2的能(néng)量(這和陰天獲得的紫外線(xiàn)強度相等)，就能(néng)發揮其功效。

光觸媒作(zuò)用(yòng)主要特點有：(1)作(zuò)用(yòng)廣譜，在光觸媒反應過程中，不僅能(néng)破壞生物(wù)因子，也能(néng)破壞各種有機化學(xué)物(wù)質(zhì)；(2)在光觸媒反應過程中，二氧化钛不參與反應，隻起催化媒介作(zuò)用(yòng)，其本身并不随時間延長(cháng)而消耗，因此使用(yòng)壽命持久；(3)經過納米技(jì )術工藝處理(lǐ)的觸媒，可(kě)在含有微弱紫外線(xiàn)的燈光、自然光、陽光等多(duō)種光源下發揮作(zuò)用(yòng)；(4)完全無害，由于納米二氧化钛本身不釋放出有害物(wù)質(zhì)且本身不參與反應，在反應過程中将所作(zuò)用(yòng)的物(wù)質(zhì)完全氧化成無害的二氧化碳和水等無害物(wù)質(zhì)，因此光觸媒作(zuò)用(yòng)對環境完全無害。

3.光觸媒應用(yòng)注意事項及光觸媒制備制作(zuò)發展方向

   納米TiO2光觸媒可(kě)以是不經煅燒納米TiO2水分(fēn)散體(tǐ)，也可(kě)是煅燒後具有固定晶型的粉末，前者可(kě)以用(yòng)于水性塗料和噴液，後者則不僅用(yòng)于各類塗料，還可(kě)以用(yòng)于功能(néng)纖維、功能(néng)皮革及具有抗菌和空氣淨化功能(néng)的塑料制品。粉末狀納米TiO2，最好還是固定在基材上使用(yòng)，因為(wèi)粉末狀的TiO2在塗布、回收、洗淨等工序中易飛散、流失。例如，可(kě)通過燒結的方法将其做成顆粒或蜂窩狀。若以防污、抗菌為(wèi)目的，可(kě)塗布TiO2制成比較薄的平滑膜。也可(kě)用(yòng)合成樹脂固定，其中氟樹脂，矽氧基樹脂和化學(xué)穩定性好，且不會降低光觸媒的作(zuò)用(yòng)，應用(yòng)較多(duō)，但若是普通樹脂，則不可(kě)避免地會出現老化現象。雖然TiO2的氧化能(néng)力會波及基材，但隻要中間夾上無機膜．即使對于塑料等有機膜也能(néng)适用(yòng)。不過，為(wèi)确保處理(lǐ)污染物(wù)質(zhì)的反應速度，常将TiO2固定在硬表面上，以得到比表面積大而厚的膜。例如，除去NO，固定在氟樹脂闆、水泥硬化體(tǐ)及膠質(zhì)塗料上非常有效。因為(wèi)它們均呈多(duō)孔質(zhì)構造，有利于固定更多(duō)的TiO2。

納米TiO2光觸媒的抗菌殺菌及空氣淨化功能(néng)已逐漸為(wèi)百姓所公認和共知，但納米TiO2光觸媒的制作(zuò)須滿足以下方向隻有這樣，才能(néng)拓寬納米TiO2光觸媒納米的使用(yòng)範圍，服務(wù)于百姓，受益于萬家：

4.如何有效拓寬納米TiO2光觸媒的最大催化效能(néng)

嚴格講金紅石型納米TiO2的光催化效能(néng)很(hěn)差，主要用(yòng)于提高聚酯纖維的抗紫外能(néng)力，隻有銳钛型納米TiO2才具優異的光催化特性，因此目前所謂的納米TiO2光觸媒均為(wèi)銳钛型納米TiO2。

目前全世界生産及銷售納米TiO2光觸媒的廠家或公司很(hěn)多(duō)，但真正具有較強的分(fēn)解甲醛、三苯、有機污垢以及NO、NO2、SO2、及氨氣能(néng)力的并不多(duō)，其原因是：

①所制得的納米TiO2光觸媒的粒徑仍偏大，最好控制在20nm以下。

②所制得的納米TiO2光觸媒應在寬廣的波長(cháng)範圍内均具光緻激發，即光響應波長(cháng)要寬，在可(kě)見光或暗光下就可(kě)促使納米TiO2光觸媒具有光催化效能(néng)。有些廠家雖然可(kě)制得粒徑在20nm以下的納米TiO2光觸媒，但由于摻雜工藝及煅燒工藝的不完善，導緻其需要的光響應能(néng)量高，這類産品隻有在強紫外光下才具分(fēn)解有機化合物(wù)的功能(néng)，但這類産品的抗菌殺菌功能(néng)不差，原因是毒菌經過吸附很(hěn)容易失去其活性，而常規的銳钛钛白粉也具這類效能(néng)，隻是效能(néng)低而已。

③上述兩點是必須注意的首要問題，納米TiO2光觸媒的研發與生産還需考慮到如何最大限度地降低其對基材以及用(yòng)其組成塗料的成膜物(wù)質(zhì)的氧化分(fēn)解問題。

日本是研發生産及應用(yòng)納米TiO2光觸媒最好的國(guó)家，但直至現在，也未見具有優異空氣淨化功能(néng)的、以丙烯酸共聚物(wù)為(wèi)成膜物(wù)質(zhì)的内外牆塗料，究其原因，還是未能(néng)解決納米TiO2光觸媒在使用(yòng)中對成膜物(wù)質(zhì)丙烯酸酯共聚物(wù)的破壞作(zuò)用(yòng)，和銳钛型钛白粉一樣，納米TiO2光觸媒因其為(wèi)銳钛型，很(hěn)難用(yòng)于外牆塗料或戶外使用(yòng)的制品。

三、納米TiO2光觸媒在家裝(zhuāng)中的應用(yòng)進展

1.光觸媒空氣淨化器

1996年，日本大金工業公司開發了新(xīn)型光觸媒空氣淨化器，該機具有抗菌除臭的能(néng)力，同年10月開始出售。與原産品相比，價格約高出10％，抗菌效率提高10％，達到99.9％。除臭能(néng)力為(wèi)原産品的13倍，為(wèi)活性炭的130倍。目前，市場上見到的光催化空氣淨化器雖然不同的機型内部結構不同，但其核心部件都包括一個由光催化劑載件和紫外光源組成的淨化單元和吸排風機。

工作(zuò)時帶有污染物(wù)的氣體(tǐ)被風機吸入機内穿過催化劑單元，空氣中的毒氣分(fēn)子由被光照的催化劑單元氧化分(fēn)解成無毒物(wù)，流出的無污染物(wù)的空氣再從淨化器裏排放到室内，房間的空氣經過如此反複分(fēn)批循環處理(lǐ)，将得到淨化。

2.新(xīn)型抗菌熒光燈

日立制作(zuò)所新(xīn)開發了具有抗菌作(zuò)用(yòng)的新(xīn)型熒光燈，并于1997年商品化。這種燈壽命長(cháng)，節省能(néng)量，應用(yòng)前景廣闊。該燈表面塗飾了TiO2光觸媒。能(néng)分(fēn)解燈表面的油漬、空氣中的菌類異臭等，是目前熒光燈器的替代品。清掃時省力，且具有防止燈光發暗的效果。

3.抗菌保潔陶瓷

日本TOTO公司在世界上首先開發了采用(yòng)TiO2光觸媒的抗菌面磚和衛生陶瓷。近年來，國(guó)内陶瓷行業也開發出了具有抗菌效果的建築衛生陶瓷。廣東佛陶集團于1998年4月在北京正式推出了抗菌保潔陶瓷，引起了社會各界廣泛關注。将TiO2光觸媒溶膠通過提拉、旋轉、噴塗、塗抹等方法覆着在建築瓷磚的表面，再經過焙燒使之在瓷磚表面形成一層堅固的光催化劑膜。這種光催化瓷磚具有分(fēn)解油污、殺菌滅菌等功能(néng)，可(kě)以用(yòng)于廚房、衛生間的牆面。日本食品分(fēn)析中心的測試結果表明，抗菌性陶瓷制品上的細菌生存數還不到普通陶瓷制品的1％。這種抗菌效果能(néng)有效防止處于陰暗潮濕、不易清潔的衛生潔具(如大、小(xiǎo)便器)上的細菌繁殖和生長(cháng)，并能(néng)防止尿液結垢及惡臭味的産生。最近的檢測還表明，砌于牆面的光催化瓷磚對室内的有害有機氣體(tǐ)還具有一定的氧化分(fēn)解作(zuò)用(yòng)。

4.光觸媒塗料

目前，國(guó)内外就納米光催化塗料的研究報道很(hěn)多(duō)。日本、美國(guó)等在這方面作(zuò)了許多(duō)工作(zuò)，有些技(jì )術已進入了實用(yòng)化階段。國(guó)内在近幾年也圍繞納米氧化钛光催化劑開展了研究。

目前，德(dé)國(guó)STO.AG公司已研制出淨化室内空氣的塗料品種Stocblorclimason。通過TiO2和普通光源作(zuò)用(yòng)将有機物(wù)分(fēn)解為(wèi)H2O和CO2，可(kě)有效清除臭味、甲醛和氨。日本的DaiNipponToryo公司也開發了室内應用(yòng)的水性塗料NovocleanBio，由于含有特殊的樹脂，增強了表面的抗污性。價格約1000Yen／Kg，其市場定位于學(xué)校、商場和其他(tā)公共場所。松下建築工業有限公司最近公開了一種具有在潮濕條件下吸附降解揮發性有機化合物(wù)功效的建築材料，這種水基的乳液塗料通過TiO2負載在能(néng)夠調節濕度的無機粉末上來實現光催化功能(néng)。