近年來，大氣污染、水污染、病毒感染、室内污染綜等對環境的污染問題在全球範圍内擴展、成為(wèi)威脅人類生存的嚴重的問題。由于垃圾焚燒場排放出的二惡英、船底防污塗料所使用(yòng)的有機錫、滴滴涕（DDT）以及六六六（BHC）等農藥、造紙廠排放的廢水、建築材料中使用(yòng)的溶劑、粘着劑、廢氣排放中的苯并芘等各種各樣的化學(xué)物(wù)質(zhì)擾亂人的内分(fēn)泌，而引起過敏症以及過敏性皮炎和化學(xué)物(wù)質(zhì)過敏症等疾病，這些污染處理(lǐ)起來非常困難。SARS和禽流感帶來人類傷亡、巨大經濟損失，人類還沒有找到一種最好的辦法對付突于其來的新(xīn)病毒襲擊人類的辦法。

對環境污染物(wù)的傳統處理(lǐ)方法不外乎收集、濃縮和焚燒處理(lǐ)，如果用(yòng)同樣的方法來處理(lǐ)，由于污染範圍極廣，必須對大量的水、大氣和土壤進行處理(lǐ)。從而消耗大量能(néng)源和放出大量的二氧化碳氣體(tǐ)，更嚴重的是伴随焚燒處理(lǐ)還可(kě)能(néng)産生二惡英等劇毒物(wù)質(zhì)。因而如果用(yòng)傳統方法來處理(lǐ)環境污染物(wù)時，人類将面臨能(néng)源危機、地球溫暖化和更進一步污染環境的危險，因此，必須尋求新(xīn)的、行之有效的環境淨化技(jì )術。

由于光觸媒不消耗地球能(néng)源、不使用(yòng)有害的化學(xué)藥品，而僅僅利用(yòng)太陽光的光能(néng)等就可(kě)将環境污染物(wù)在低濃度的狀态下清除淨化，并且還可(kě)作(zuò)為(wèi)抗菌劑、防黴劑應用(yòng)，因而成為(wèi)環境淨化技(jì )術中的一個亮點。人們常說，21世紀是環境的世紀，将是環境保護的世紀，光觸媒技(jì )術作(zuò)為(wèi)對環境友好的環境淨化技(jì )術的研究開發已經發展起來，在世界中的任何地方隻要有光就可(kě)使用(yòng)光觸媒技(jì )術，因此，可(kě)以預期光觸媒技(jì )術将在今後有更大的發展。

二、光觸媒的特點

光觸媒是指可(kě)通過吸收光而處于更高的能(néng)量狀态，并将能(néng)量傳遞給反應物(wù)而使其發生化學(xué)反應的一類物(wù)質(zhì)。半導體(tǐ)和金屬化合物(wù)等是常用(yòng)的光觸媒材料、其中最常見的是二氧化钛。二氧化钛廣泛用(yòng)作(zuò)染料、牙粉、食品添加劑等，是一種安(ān)全無毒、價廉耐用(yòng)的物(wù)質(zhì)，納米二氧化钛通過美國(guó)認證對人體(tǐ)無害，用(yòng)于口紅和防曬霜中。光觸媒在光照結合空氣中的水蒸氣在表面會産生大量氫氧根自由基，它比消毒殺菌劑被廣泛使用(yòng)的次氯酸、雙氧水和臭氧等具有更強的氧化能(néng)力，可(kě)以分(fēn)解有機物(wù)，殺菌劑和防黴。二氧化钛具有在光的照射下能(néng)分(fēn)解和無害化處理(lǐ)幾乎所有有害有機物(wù)，不用(yòng)有毒的藥品或煤、石油等化石燃料，僅利用(yòng)幹淨且取之不盡的太陽能(néng)就能(néng)将擴散了的環境污染物(wù)安(ān)全有效地處理(lǐ)并且可(kě)半永久化循環使用(yòng)等衆多(duō)的優點。

三、光觸媒開發的足迹

光觸媒反應的研究始于上個世紀50年代，當時是為(wèi)了解決由于無機化合物(wù)導緻的光分(fēn)解反應，在添加二氧化钛的塗料容易老化這一古老的問題而展開的。直到70年代末才開始積極利用(yòng)光觸媒反應來處理(lǐ)有害化學(xué)物(wù)以及進行環境淨化等方面的研究，在我國(guó)90年代初也開始在這一方面進行研究，并報告了使用(yòng)光觸媒對含氯有機物(wù)、農藥、二惡英等将近100多(duō)種物(wù)質(zhì)進行分(fēn)解和無害化處理(lǐ)的實驗結果。90年代中期，德(dé)國(guó)成功開發了膜狀二氧化钛光觸媒使光觸媒立即進入了實用(yòng)化階段。同時，德(dé)國(guó)在二氧化钛光觸媒在大氣淨化研究上的應用(yòng)取得了進展，使用(yòng)二氧化钛光觸媒在自淨化方面的應用(yòng)和産業化上取得了進展。近幾年來科(kē)學(xué)技(jì )術發展，光觸媒研究也得到了相當迅速的發展，科(kē)學(xué)家将二氧化钛用(yòng)高科(kē)技(jì )手法制造成納米級别，更加提高了二氧化钛的光催化性能(néng)，利用(yòng)金屬摻雜及其它的方法使得納米級二氧化钛在普通光照下有光催化活性，成功研制了抗菌陶瓷、抗菌地闆、外牆防老化塗料等光觸媒材料。我國(guó)在這一方面研究技(jì )術與國(guó)外相當，産業化方面落後于歐美等發達國(guó)家，近幾年來國(guó)家對光催化研究投入大量人力物(wù)力，在可(kě)見光光觸媒原材料方面也有規模生産能(néng)力。

四、日益擴大的光觸媒市場

光觸媒用(yòng)光照射時産生比臭氧還強的氧化能(néng)力，幾乎能(néng)殺滅物(wù)體(tǐ)表面所有的細菌和病毒，并能(néng)分(fēn)解細菌死後留下的内毒素，最終将細菌和病毒分(fēn)解成二氧化碳和水。可(kě)以很(hěn)好的處理(lǐ)人類病毒的相互交叉感染。它能(néng)夠将所有的有害有機物(wù)分(fēn)解成水和二氧化碳等無毒無臭的物(wù)質(zhì)。隻要在光照射下，光觸媒就能(néng)引起有害物(wù)質(zhì)分(fēn)解等化學(xué)反應的發生，其作(zuò)為(wèi)一種對環境友好并能(néng)與人長(cháng)期共存的環境淨化材料而迅速引起世人的注目。

近年來，利用(yòng)這類光觸媒原理(lǐ)的相關商品市場正在急速成長(cháng)。光觸媒陶瓷、光觸媒紗布、光觸媒手機、光觸媒燈管、光觸媒空氣淨化器等擁有優良性能(néng)的光觸媒産品日益受到消費者喜愛，光觸媒産品市場規模應該更加擴大化，将會成為(wèi)市場的潮流。

五、光觸媒的應用(yòng)和産業化進程

光觸媒的應用(yòng)範圍包括抗菌、防黴、空氣淨化（除臭、排氣淨化）、自淨化、防霧、大氣淨化、水處理(lǐ)等廣泛的領域、随着研究開發的進展，已開發出大量實用(yòng)産品。光觸媒具有抗菌除臭等多(duō)種用(yòng)途而最适合于護理(lǐ)用(yòng)品，這将伴随人口老齡化而成長(cháng)為(wèi)巨大的産業。

1、抗菌防黴

二氧化钛在光照射下，産生氫氧根自由基等活性氧比常用(yòng)作(zuò)消毒殺菌的氯氣、次氯酸、雙氧水和臭氧等具有更強的氧化能(néng)力，發揮抗菌作(zuò)用(yòng)而使細菌或黴菌的繁殖中止。這類二氧化钛光觸媒的抗菌劑與傳統的抗菌劑不同、它們具有如下特征：

（1）二氧化钛在沒有光照時沒有抗菌活性。傳統的抗菌劑是通過藥效成分(fēn)的溶出釋放而阻止細菌的發育或殺滅細菌。用(yòng)從餐具鉛溶出實驗同樣的方法測試表明：二氧化钛完全不溶出。而二氧化钛光觸媒，在光照的初期就産生抗菌作(zuò)用(yòng)。由于在光照下産生的氫氧根自由基等活性氧壽命很(hěn)短，如果細菌不在二氧化钛的近處就不能(néng)發揮抗菌效果。因此，将二氧化钛埋入載體(tǐ)或膠粘劑表面。實驗證明将光觸媒塗于陶瓷表面後再進行燒結，它的抗菌效果相當好。

（3）由于二氧化钛作(zuò)為(wèi)催化劑（光觸媒）作(zuò)用(yòng)時自身不發生變化，原理(lǐ)上，可(kě)以半永久地使用(yòng)、如果有光照射，它就能(néng)半永久地持續有效。

（4）二氧化钛光照射下，産生的氫氧根自由基幾乎能(néng)使所有有機物(wù)分(fēn)解變成二氧化碳等無毒的物(wù)質(zhì)。因此，不僅能(néng)抗菌防黴、使作(zuò)為(wèi)細菌或黴菌的食餌的有機物(wù)分(fēn)解，也使細菌或黴菌釋放出的毒素分(fēn)解。而且，還能(néng)破壞癌細胞、可(kě)使溶入的各種有害化學(xué)物(wù)質(zhì)及像空氣中的惡臭化學(xué)物(wù)質(zhì)分(fēn)解及無害化等。

在塗有二氧化钛光觸媒層的玻璃闆上用(yòng)日光燈照射下的抗大腸杆菌、黃色葡萄菌的抗菌效果均可(kě)達99%以上。納米級二氧化钛在微弱的光照下就能(néng)夠有很(hěn)強的殺菌能(néng)力，光觸媒抗菌陶瓷在生活中使用(yòng)不另加光照一樣有超強的殺菌能(néng)力。

綜上所述，二氧化钛光觸媒作(zuò)為(wèi)新(xīn)型的抗菌劑令人注目、各種應用(yòng)的開發也進展良好。光觸媒抗菌瓷磚已經在市場銷售，在衛生陶器、菜刀(dāo)、案闆、建築材料、24小(xiǎo)時浴室以及衣料用(yòng)纖維等方面上的應用(yòng)開發進展順利。而且，光觸媒在防藻作(zuò)用(yòng)也已得到确認，能(néng)抑制藻和水青苔的水槽、能(néng)防止水變質(zhì)和花(huā)長(cháng)期保鮮的花(huā)瓶已經面市銷售、在混凝土、塗料上的應用(yòng)研究也已開始。

2、空氣淨化（除臭、氣體(tǐ)排放淨化和室内污染綜合症對策等）

光觸媒在光照下也能(néng)夠分(fēn)解空氣中的甲醛、苯、二甲苯等有害物(wù)質(zhì)，并能(néng)将其完全分(fēn)解成二氧化碳和水，與傳統的除味劑不同，隻能(néng)将一種有害物(wù)變成另一種無味兒的有害物(wù)質(zhì)，光觸媒才是一種能(néng)徹底分(fēn)解有害物(wù)質(zhì)的環保材料。

隻要将光觸媒均勻的噴塗于室内牆面上，利用(yòng)陽光或燈光就能(néng)夠源源不斷的分(fēn)解有害物(wù)質(zhì)，大大降低污染物(wù)對人體(tǐ)的危害。在日本通常家庭在裝(zhuāng)修完成後就會噴塗上一層光觸媒液，成了一種常用(yòng)的空氣淨化塗料，在我國(guó)人們的意識還沒有達到這一步，相信不久的将來光觸媒也會走進我國(guó)百姓的家庭。

3、自淨化與防霧

用(yòng)光觸媒可(kě)以分(fēn)解污物(wù)，據此，可(kě)制備自淨化材料。尤其是對于一點點增加的油污或香煙焦油的效果最大。利用(yòng)這些材料，可(kě)生産出應用(yòng)于建築材料、外牆、窗玻璃等各種各樣的産品，推進自淨化技(jì )術的發展。塗料、薄膜劑、光觸媒片材等已經開始銷售。此外，将光觸媒塗在牙齒表面，遇光照射時，将使附着在牙齒上的污物(wù)分(fēn)解、變白，這項功能(néng)已應用(yòng)于牙科(kē)美容。

一般來說，二氧化钛與水的接觸角為(wèi)零度而具有超親水性、污物(wù)等附着時表面變成疏水性形成水珠而霧化。但如果有光照則發生光觸媒分(fēn)解污物(wù)而使其恢複成原來的超親水性，進而使霧化停止。利用(yòng)該原理(lǐ)開發出不霧化的鏡子、窗玻璃和薄膜劑等。

在美容方面，光觸媒可(kě)應用(yòng)于牙科(kē)美容使牙變白。對于假牙，也已開發出假牙洗淨劑。在假牙中加入含光觸媒的溶液，當陽光等光源照射時，假牙上附着的污物(wù)被分(fēn)解而變得幹淨、同時也可(kě)去除假牙的惡臭。

4、大氣淨化

在美國(guó)過去20年中，主要由于汽車(chē)尾氣中的氮氧化物(wù)(NOx)、硫氧化物(wù)(SOx)所造成的大氣污染問題一直沒有得到改善，已引起數起公害訴訟而成為(wèi)嚴重的問題。如果應用(yòng)二氧化钛光觸媒，則能(néng)使大氣污染源的一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）等氮氧化物(wù)（NOx）或硫氧化物(wù)（SOx）氧化成硝酸根離子（NO3-）或硫酸根離子（SO42-）。将光觸媒塗刷于建築物(wù)的外牆時，就可(kě)利用(yòng)太陽光将氮氧化物(wù)或硫氧化物(wù)分(fēn)别氧化成硝酸根離子或硫酸根離子，下雨時可(kě)将硝酸根離子或硫酸根離子沖刷下來，就這樣可(kě)持續不斷地進行光觸媒反應，從而除去大氣中的氮氧化物(wù)或硫氧化物(wù)。現已研究表明沖刷硝酸根離子或硫酸根離子雨水的酸性可(kě)以被空氣中浮遊的堿性粉塵所中和。目前，含光觸媒的大氣淨化産品，比如道路建設中的大氣淨化部件、塗料、片材、水泥以及道路路面等已被開發推廣。附着有光觸媒的吸音闆材和高速道路的防音壁等商品也在開發之中。

5、水處理(lǐ)

目前，用(yòng)的最多(duō)的水處理(lǐ)方法是采用(yòng)活性污泥等的微生物(wù)處理(lǐ)法，該法對于含氯有機物(wù)的處理(lǐ)還很(hěn)困難，産生的剩餘污泥也成為(wèi)環境問題。至今，剩餘污泥主要采用(yòng)焚燒處理(lǐ)和埋填處理(lǐ)，但焚燒處理(lǐ)後的殘灰又成為(wèi)新(xīn)的問題，埋填處理(lǐ)也不能(néng)無限地占用(yòng)土地資源。光觸媒用(yòng)于水處理(lǐ)的研究很(hěn)早就開始并一直在持續。開始的實驗是将光觸媒的粉末分(fēn)散含有害物(wù)的水中用(yòng)光照射來處理(lǐ)水中的有害物(wù)，但是，由于這種方法隻能(néng)一次性處理(lǐ)而無法連續處理(lǐ)，處理(lǐ)幹淨的水與光觸媒的分(fēn)離也困難而一直得不到實用(yòng)化。随着僅由二氧化钛成膜的光觸媒的開發成功才真正應用(yòng)于水處理(lǐ)。

目前，與水處理(lǐ)相關的光觸媒産品有玻璃器具、能(néng)抑制藻類和青苔繁殖的水槽、使水不易變質(zhì)從而使花(huā)期延長(cháng)的花(huā)瓶等。此外，利用(yòng)光觸媒的晝夜浴室也已商品化，淨水器、廢水處理(lǐ)裝(zhuāng)置、飲料水的淨化、殺菌裝(zhuāng)置、超純水制造裝(zhuāng)置、染色廢水的脫色系統、簡易淨水器、雨水淨化裝(zhuāng)置、含電(diàn)鍍廢液氰化合物(wù)的分(fēn)解裝(zhuāng)置、被環境激素等所污染江河的淨化系統以及牲畜房的尿處理(lǐ)系統等都在開發進行中。還有将地下水中的有機溶劑蒸發成氣體(tǐ)後進一步用(yòng)光觸媒分(fēn)解的裝(zhuāng)置也已有銷售。

另外目前，如何處理(lǐ)廢棄物(wù)設施的焚燒爐的廢氣中的二惡英已成為(wèi)嚴重的問題，造紙工業廢水中含二惡英或垃圾焚燒場的廢氣洗淨水（清洗水）含二惡英的處理(lǐ)也将是潛在的問題。特别是最近已從一些江河水中檢出嚴重超标的二惡英，為(wèi)此，應用(yòng)光觸媒分(fēn)解二惡英水處理(lǐ)裝(zhuāng)置等也在開發之中。

6、保鮮

衆所周知，在保存水果和糧食時，如果其中少量發生變質(zhì)，則其他(tā)的部分(fēn)将很(hěn)快變質(zhì)。這是由于已變質(zhì)的部分(fēn)會釋放出能(néng)促進水果和蔬菜等成熟老化的乙炔氣體(tǐ)，促進其他(tā)部分(fēn)成熟、老化而加速腐敗。如果使用(yòng)光觸媒，能(néng)将乙炔氣體(tǐ)分(fēn)解為(wèi)二氧化碳和水，使水果和糧食能(néng)長(cháng)時間保存，提高商品的市場價格。在草(cǎo)莓箱子裏放入光觸媒片使草(cǎo)莓保鮮或在食品倉庫等地方使用(yòng)使水果和糧食可(kě)以長(cháng)期保鮮的裝(zhuāng)置也已商品化。使用(yòng)光觸媒不僅能(néng)分(fēn)解乙炔氣體(tǐ)，同時還能(néng)防止倉庫内細菌和黴等的繁殖以及除臭等，使産品品質(zhì)穩定的同時還能(néng)舒緩作(zuò)業環境，并使各種農作(zuò)物(wù)的摻混存放成為(wèi)可(kě)能(néng)。同時還可(kě)用(yòng)于種苗、根莖球的保存，防止菠菜、大蒜等的變黃。利用(yòng)光觸媒的這種效果，防止食品腐爛、抑制垃圾的排放，從解決糧食問題和廢棄物(wù)問題的觀點來看也令人注目。用(yòng)光觸媒材料制造的包裝(zhuāng)膜既可(kě)以起到長(cháng)久保鮮而且包裝(zhuāng)膜在自然界中兩個月就會降解，比傳統的降解材料成本低得多(duō)。

綜上所述，可(kě)用(yòng)光觸媒處理(lǐ)的有害物(wù)質(zhì)數不勝數，它可(kě)以安(ān)全廣泛地應用(yòng)在環境保護的各個方面、是21世紀最有希望的技(jì )術之一、目前，各種各樣的産品已在市場上出現。然而，已采用(yòng)光觸媒的相關産品的性能(néng)，比如自淨化的效果，在設備剛完畢時可(kě)以容易看到， 但再經過幾個月後，該效果就不明顯了。目前我國(guó)還沒有一個統一的有光觸媒性能(néng)評價的試驗方法，而由生産企業自行制定，從而無法比較光觸媒的性能(néng)、由于沒有質(zhì)量标準，這嚴重阻礙了光觸媒市場的健康發展，希望我國(guó)盡快出台光觸媒産品的評定标準。

目前，光觸媒應用(yòng)技(jì )術的開發正在全力推進中。随着光觸媒技(jì )術在世界各國(guó)的普及，将促進光觸媒新(xīn)用(yòng)途的開發和今後巨大市場的成長(cháng)。随着光觸媒的開發和普及、擴大影響，将促進地球環境的改善。